染色体结构与DNA包装

染色体结构与DNA包装解释了基因组中长DNA分子如何在细胞核内被压缩、组织并变得可及。包装始于DNA围绕组蛋白缠绕形成核小体，并继续通过更高层次的折叠形成染色质，在细胞分裂时则形成浓缩的染色体。

Definition

染色体包装是基因组DNA与蛋白质的层次化组织，始于核小体（DNA缠绕组蛋白八聚体），并延伸至紧密的染色质纤维和浓缩的染色体，它们共同将基因组容纳在细胞核内，同时调节对DNA的访问。

Scope

本条目涵盖了作为染色质重复单位的核小体、组蛋白和组蛋白八聚体、连接组蛋白和高级折叠、更紧密和更疏松染色质状态之间的区别，以及细胞核内大规模基因组折叠。它是一个结构参考主题，不提供临床指导。

Key concepts

• 核小体（染色质的重复单位）
• 组蛋白八聚体（H2A, H2B, H3, H4）
• 连接组蛋白H1
• 染色质纤维和高级折叠
• 常染色质和异染色质
• 拓扑关联结构域
• 有丝分裂染色体浓缩

Mechanisms

基本的包装单位是核小体，其中约147个碱基对的DNA围绕由H2A、H2B、H3和H4组蛋白各两个拷贝组成的核心八聚体缠绕近两圈；这种重复的“串珠”排列由Kornberg鉴定，并由Olins和Olins可视化。连接组蛋白（H1）结合在DNA进入和离开核小体的地方，并促进其折叠成更紧密的染色质纤维。连续的折叠和环形成将染色质组织成结构域，Hi-C等染色体构象方法揭示，间期基因组被划分为自相互作用的拓扑结构域和区室。压缩程度在转录活跃、更开放的染色质和浓缩、通常受抑制的染色质之间有所不同，整个基因组在有丝分裂期间最大限度地浓缩成离散的染色体，以实现准确分离。

Clinical relevance

DNA的包装方式影响哪些基因可被访问以及基因组如何稳定遗传，染色质组织是分子医学和发育生物学中的一个主要主题。本条目描述结构以供参考，不作为个体临床决策的依据。

History

在20世纪70年代早期，生化消化模式和电子显微镜图像共同证实了核小体模型，该模型由Kornberg于1974年阐明，并由Olins和Olins同年可视化为重复的球状单位。后来的工作表征了连接组蛋白和高级折叠，从2009年开始，染色体构象捕获方法开始绘制整个基因组在三维空间中的折叠方式。

Key figures

• Roger Kornberg
• Ada Olins
• Donald Olins
• Tom Misteli

Seminal works

• kornberg-1974
• olins-olins-1974
• lieberman-aiden-2009

Frequently asked questions

什么是核小体？

核小体是染色质的基本重复单位：一段DNA缠绕在由八个组蛋白组成的核心周围。核小体串折叠成更紧密的染色质纤维。

为什么DNA需要被包装？

单个Hela细胞中的DNA长约两米，必须容纳在一个微观的细胞核内；包装可以压缩、保护和组织DNA，以便在需要时访问正确的基因。