染色质结构与可及性
染色质是DNA和蛋白质（主要是组蛋白）的复合物，它将真核生物的基因组包装在细胞核内。其结构并非被动的储存形式：通过决定哪些DNA片段暴露在外，哪些被掩埋，染色质控制着基因能否被读取、复制或修复。本领域旨在引导读者了解基因组是如何组织、压缩并实现选择性可及的。
Definition
染色质是基因组DNA缠绕在组蛋白上形成的宏观分子复合物，组织成核小体和高级折叠结构，其压缩状态决定了DNA对转录、复制和修复它的蛋白质的可及性。
Scope
本领域涵盖染色质的组成单元和高级组织，以及连接结构与基因组功能的可及性原理。它介绍了核小体和组蛋白八聚体、重新定位或移除核小体的ATP依赖性重塑复合物、转录允许性常染色质和抑制性异染色质之间的广泛划分，以及塑造调控景观的核小体定位和动态。它将染色质视为表观遗传学中的结构和调控主题，而非临床指导。
Sub-topics
Core questions
- 大约两米长的DNA是如何包装到细胞核中，同时又能保持选择性可读性的？
- 可及（开放）染色质与紧密、不可及染色质有何区别？
- 细胞如何在不改变DNA序列的情况下，通过改变染色质状态来开启或关闭基因？
Key concepts
- 核小体和组蛋白八聚体
- DNA可及性（开放与封闭染色质）
- 常染色质和异染色质
- 染色质压缩和高级折叠
- ATP依赖性染色质重塑
- 核小体定位和占据
Key theories
- 核小体作为基本重复单元
- 染色质由一个重复颗粒构成，其中约147个碱基对的DNA缠绕在一个核心组蛋白八聚体上；这个单元由Luger及其同事在结构上解析，是所有高级包装和调控DNA可及性的基础。
Mechanisms
基因组首先通过DNA缠绕组蛋白八聚体形成核小体而被压缩，然后这些核小体再折叠成高级结构。给定基因座是否可及取决于核小体是否遮挡它、组蛋白尾部携带的化学修饰，以及ATP依赖性重塑复合物滑动、移除或重构核小体的作用。可及区域通常与活跃的启动子和增强子重合，这些区域的染色质局部核小体较少，而紧密包装的区域通常是转录沉默的。由于可及性是可逆的，并且在细胞分裂过程中可遗传而无需改变DNA序列，因此染色质结构是表观遗传调控的核心基础。
Clinical relevance
染色质组织是具有相同基因组的细胞类型表达不同基因的基础，染色质结构紊乱在癌症、发育障碍和衰老中都有研究。理解染色质可及性也为ATAC-seq等分析不同组织中调控区域的方法提供了框架。本条目是对基因组组织的一个参考性介绍，不提供诊断或治疗指导。
History
染色质重复的核小体组织结构在20世纪70年代中期确立，当时Kornberg提出DNA和组蛋白形成一个规则的重复单元。Luger及其同事于1997年解析的核小体核心颗粒的原子结构，精确揭示了DNA如何缠绕组蛋白八聚体，为研究可及性和修饰提供了结构基础。随后的工作将染色质整合到更广泛的表观遗传学操作框架中，并将其结构与转录控制联系起来。
Key figures
- Roger Kornberg
- Karolin Luger
- Timothy Richmond
- Jane Mellor
Related topics
Seminal works
- kornberg-1974
- luger-1997
- li-2007
Frequently asked questions
- 染色质和DNA有什么区别？
- DNA是携带遗传信息的核酸；染色质是DNA与组蛋白和非组蛋白共同组成的更大复合物，它在细胞核内包装和组织DNA。
- 为什么染色质可及性对基因表达很重要？
- 读取和转录基因的蛋白质只能作用于它们能接触到的DNA。开放、可及的染色质允许这些机器结合，而紧密的染色质则倾向于使基因保持沉默，因此可及性是控制哪些基因活跃的关键点。