Các phức hợp tái cấu trúc chất nhiễm sắc phụ thuộc ATP

Các phức hợp tái cấu trúc chất nhiễm sắc phụ thuộc ATP là những cỗ máy phân tử sử dụng năng lượng thủy phân ATP để định vị lại, tái cấu trúc hoặc loại bỏ nucleosome. Bằng cách di chuyển nucleosome ra khỏi hoặc vào các vùng DNA điều hòa, chúng kiểm soát các phần nào của bộ gen có thể tiếp cận được, khiến chúng trở thành các yếu tố điều hòa trung tâm của quá trình phiên mã, sao chép và sửa chữa DNA.

Definition

Các phức hợp tái cấu trúc chất nhiễm sắc phụ thuộc ATP là các enzyme đa tiểu đơn vị chứa ATPase họ SNF2 thủy phân ATP để trượt, đẩy hoặc tái cấu trúc nucleosome theo cách khác, từ đó làm thay đổi khả năng tiếp cận của DNA bên dưới.

Scope

Chủ đề này bao gồm các họ enzyme tái cấu trúc phụ thuộc ATP, cơ chế xúc tác chung mà chúng dịch chuyển DNA trên nucleosome, và các kết quả chức năng của quá trình tái cấu trúc như trượt nucleosome, đẩy nucleosome và trao đổi các biến thể histone. Nó coi quá trình tái cấu trúc là một chủ đề cấu trúc và điều hòa trong sinh học chất nhiễm sắc và không phải là hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Các phức hợp tái cấu trúc sử dụng ATP để di chuyển nucleosome dọc theo DNA như thế nào?
• Điều gì phân biệt các họ enzyme tái cấu trúc chính và vai trò chức năng của chúng?
• Quá trình tái cấu trúc mở hoặc đóng các vùng điều hòa để kiểm soát chức năng bộ gen như thế nào?

Key concepts

• Động cơ ATPase họ SNF2
• Các họ SWI/SNF, ISWI, CHD và INO80
• Trượt nucleosome
• Đẩy và sắp xếp nucleosome
• Trao đổi biến thể histone
• Dịch chuyển DNA

Key theories

Mô hình dịch chuyển DNA của quá trình tái cấu trúc nucleosome

Các enzyme tái cấu trúc hoạt động như các enzyme dịch chuyển DNA: ATPase họ SNF2 liên kết trong nucleosome và bơm DNA quanh octamer histone, tạo ra các vòng hoặc xoắn lan truyền để định vị lại nucleosome, một cơ chế được tổng hợp trên các họ enzyme tái cấu trúc bởi Clapier và các cộng sự.

Mechanisms

Tất cả các enzyme tái cấu trúc phụ thuộc ATP đều chia sẻ một ATPase họ SNF2 được bảo tồn có chức năng như một enzyme dịch chuyển DNA. Động cơ này gắn vào DNA nucleosome, thường ở một khoảng cách cố định từ tâm đối xứng, và sử dụng các chu kỳ gắn và thủy phân ATP để kéo DNA vào trong, tạo ra một chỗ phình hoặc xoắn tạm thời di chuyển quanh octamer và làm dịch chuyển vị trí của nucleosome. Các họ khác nhau kết nối động cơ chung này với các kết quả riêng biệt: các enzyme tái cấu trúc loại SWI/SNF có xu hướng làm lộ DNA bằng cách trượt hoặc đẩy nucleosome, các enzyme tái cấu trúc loại ISWI và CHD sắp xếp và lắp ráp các chuỗi nucleosome đều đặn, và các enzyme tái cấu trúc loại INO80 trao đổi các biến thể histone và định vị lại nucleosome. Các tiểu đơn vị phụ trợ nhắm mục tiêu các phức hợp đến các vị trí cụ thể và phản ứng với các biến đổi histone, tích hợp quá trình tái cấu trúc với các tín hiệu phiên mã và với các yêu cầu về chất nhiễm sắc của quá trình sao chép và sửa chữa.

Clinical relevance

Các tiểu đơn vị của các phức hợp tái cấu trúc chất nhiễm sắc, đặc biệt là của họ SWI/SNF, thường xuyên bị thay đổi trong các bệnh ung thư, và các khiếm khuyết của enzyme tái cấu trúc được nghiên cứu trong các rối loạn phát triển, phản ánh tầm quan trọng của khả năng tiếp cận nucleosome được điều hòa. Mục này tóm tắt cơ chế phân tử và bối cảnh nghiên cứu và không phải là cơ sở để chẩn đoán hoặc điều trị.

History

Hoạt động tái cấu trúc phụ thuộc ATP được xác định vào những năm 1990 thông qua công trình di truyền và sinh hóa trên phức hợp SWI/SNF của nấm men, được chứng minh là làm thay đổi cấu trúc nucleosome theo cách phụ thuộc năng lượng. Việc mô tả đặc điểm sau đó của các họ ISWI, CHD và INO80 đã tiết lộ một động cơ họ SNF2 chung và sự đa dạng của các vai trò sinh học, và các bài đánh giá của Clapier và Cairns đã củng cố những điều này thành một khuôn khổ cơ học thống nhất.

Key figures

• Bradley Cairns
• Cedric Clapier
• Craig Peterson
• Genevieve Almouzni

Seminal works

• clapier-2009
• clapier-2017

Frequently asked questions

Một enzyme tái cấu trúc chất nhiễm sắc phụ thuộc ATP làm gì?

Nó sử dụng năng lượng từ quá trình thủy phân ATP để định vị lại, tái cấu trúc hoặc loại bỏ nucleosome, thay đổi các đoạn DNA nào được phơi bày để bộ máy của bộ gen có thể tiếp cận hoặc bị chặn khỏi các vùng cụ thể.

Các enzyme tái cấu trúc chất nhiễm sắc khác với các enzyme biến đổi histone như thế nào?

Các enzyme tái cấu trúc di chuyển hoặc tái cấu trúc nucleosome về mặt vật lý bằng cách sử dụng ATP, trong khi các enzyme biến đổi histone thêm hoặc loại bỏ các dấu hiệu hóa học trên histone; cả hai hợp tác nhưng hoạt động thông qua các cơ chế khác nhau.