染色质与表观遗传调控

DNA如何与组蛋白包装成染色质，以及其上的化学标记如何控制基因的可及性并将调控状态传递给子细胞。

Definition

染色质是DNA与组蛋白和非组蛋白结合形成的复合体，用于包装基因组；表观遗传调控是通过染色质修饰和DNA甲基化来控制基因活性，这些修饰和甲基化可以在不改变DNA序列的情况下通过细胞分裂传播。

Scope

本主题涵盖染色质的结构及其在调控中的作用：核小体和高级包装、组蛋白修饰和变体、染色质重塑、DNA甲基化以及表观遗传的概念。它探讨了染色质状态如何控制基因表达；招募这些活动的序列特异性因子在真核转录控制中有所涉及。

Core questions

• DNA是如何包装成核小体和高级染色质的？
• 组蛋白修饰和变体如何影响基因表达？
• DNA甲基化有什么作用，它是如何维持的？
• 什么使调控状态具有表观遗传可遗传性？

Key theories

核小体作为基因组的调控单位

DNA缠绕在组蛋白八聚体上形成核小体，核小体的定位和修饰决定了其下DNA对转录机制的可及性。

可遗传的染色质状态

组蛋白修饰和DNA甲基化的模式可以在复制过程中被复制，从而使细胞能够在不改变DNA序列的情况下，将其活跃或沉默的基因表达状态传递给其后代。

Mechanisms

DNA缠绕在组蛋白八聚体上形成核小体，核小体再折叠成更紧密的纤维。酶在组蛋白尾部添加或去除化学标记，ATP依赖性重塑因子滑动或移除核小体，共同使局部DNA的可及性增加或减少。DNA甲基转移酶将甲基添加到胞嘧啶上，这通常与基因沉默相关，而维持性甲基化在复制后复制这些标记。识别蛋白识别特定的标记并招募进一步的活动，因此修饰的组合定义了活跃、准备或沉默的染色质，这些状态可以在细胞分裂中持续存在。

Clinical relevance

异常的DNA甲基化和组蛋白修饰是癌症和印记疾病的标志，染色质修饰酶是表观遗传疗法的靶点；此处仅作为重要性呈现，不作为临床指导。

History

核小体模型出现于20世纪70年代，随后组蛋白修饰酶、染色质重塑因子以及DNA甲基化的调控作用的发现，确立了表观遗传控制作为当前分子生物学中基因调控的一个主要层面。

Key figures

• Roger Kornberg
• C. David Allis

Seminal works

• alberts2014
• watson2013

Frequently asked questions

“表观遗传”是什么意思？

它指的是由染色质标记或DNA甲基化引起的基因活性可遗传变化，而不是由DNA序列本身的变化引起的。

染色质如何影响基因是否表达？

紧密包装或抑制性标记的染色质使DNA不可及，基因关闭，而开放、激活的染色质则允许转录机制接触并表达基因。