Chromatin và Điều hòa Biểu sinh

Cách DNA được đóng gói với histone thành chromatin, và các dấu hiệu hóa học được đặt trên đó, kiểm soát khả năng tiếp cận gen và truyền trạng thái điều hòa cho các tế bào con.

Definition

Chromatin là phức hợp của DNA với protein histone và non-histone đóng gói bộ gen; điều hòa biểu sinh là sự kiểm soát hoạt động gen thông qua các biến đổi chromatin và methyl hóa DNA có thể được truyền qua quá trình phân chia tế bào mà không làm thay đổi trình tự DNA.

Scope

Chủ đề này bao gồm cấu trúc của chromatin và vai trò của nó trong điều hòa: nucleosome và đóng gói bậc cao hơn, các biến đổi và biến thể histone, tái cấu trúc chromatin, methyl hóa DNA, và khái niệm về di truyền biểu sinh. Nó đề cập đến cách trạng thái chromatin kiểm soát sự biểu hiện của gen; các yếu tố đặc hiệu trình tự tuyển mộ các hoạt động này được đề cập trong phần kiểm soát phiên mã ở sinh vật nhân chuẩn.

Core questions

• DNA được đóng gói thành nucleosome và chromatin bậc cao hơn như thế nào?
• Các biến đổi và biến thể histone ảnh hưởng đến biểu hiện gen như thế nào?
• Methyl hóa DNA có tác dụng gì và được duy trì như thế nào?
• Điều gì làm cho một trạng thái điều hòa có thể di truyền biểu sinh?

Key theories

Nucleosome là đơn vị điều hòa của bộ gen

DNA được quấn quanh các octamer histone để tạo thành nucleosome, và vị trí cũng như sự biến đổi của nucleosome quyết định mức độ dễ tiếp cận của DNA bên dưới đối với bộ máy phiên mã.

Các trạng thái chromatin có thể di truyền

Các mẫu biến đổi histone và methyl hóa DNA có thể được sao chép trong quá trình sao chép, cho phép một tế bào truyền trạng thái biểu hiện gen hoạt động hoặc im lặng cho các tế bào con mà không làm thay đổi trình tự DNA.

Mechanisms

DNA quấn quanh các octamer histone để tạo thành nucleosome, sau đó gấp lại thành các sợi nhỏ gọn hơn. Các enzyme thêm hoặc loại bỏ các dấu hiệu hóa học trên đuôi histone, và các yếu tố tái cấu trúc phụ thuộc ATP trượt hoặc loại bỏ nucleosome, cùng nhau làm cho DNA cục bộ dễ tiếp cận hơn hoặc ít hơn. Các DNA methyltransferase thêm nhóm methyl vào cytosine, thường liên quan đến sự im lặng của gen, và quá trình methyl hóa duy trì sao chép các dấu hiệu này sau khi sao chép. Các protein đọc nhận biết các dấu hiệu cụ thể và tuyển mộ các hoạt động tiếp theo, do đó sự kết hợp của các biến đổi xác định chromatin hoạt động, sẵn sàng hoặc im lặng có thể tồn tại qua các lần phân chia.

Clinical relevance

Methyl hóa DNA và biến đổi histone bất thường là dấu hiệu của bệnh ung thư và các rối loạn in dấu, và các enzyme biến đổi chromatin là mục tiêu của các liệu pháp biểu sinh; được trình bày dưới dạng ý nghĩa, không phải hướng dẫn lâm sàng.

History

Mô hình nucleosome xuất hiện vào những năm 1970, và việc phát hiện sau đó các enzyme biến đổi histone, các yếu tố tái cấu trúc chromatin và vai trò điều hòa của methyl hóa DNA đã thiết lập kiểm soát biểu sinh như một lớp chính của điều hòa gen trong sinh học phân tử hiện nay.

Key figures

• Roger Kornberg
• C. David Allis

Seminal works

• alberts2014
• watson2013

Frequently asked questions

“Biểu sinh” có nghĩa là gì?

Nó đề cập đến những thay đổi có thể di truyền trong hoạt động gen do các dấu hiệu chromatin hoặc methyl hóa DNA gây ra, chứ không phải do những thay đổi trong chính trình tự DNA.

Chromatin ảnh hưởng như thế nào đến việc một gen có được biểu hiện hay không?

Chromatin được đóng gói chặt chẽ hoặc được đánh dấu ức chế giữ cho DNA không thể tiếp cận và gen không hoạt động, trong khi chromatin mở, kích hoạt cho phép bộ máy phiên mã tiếp cận và biểu hiện gen.