人類基因組包含約30億個堿基對，它們緊密地壓縮在每個細胞的細胞核中,。如果一條DNA鏈像頭發(fā)絲那么粗,，則整個人類基因組將被塞進一個壘球大小的空間,，但如果把它們解開并一字排開，它們則能從紐約的伊薩卡一直伸展到波士頓,。
康奈爾大學1月13日發(fā)表于《分子-細胞》（Molecular Cell）的一項研究,，梳理了細胞如何進行轉(zhuǎn)錄的過程，在這個過程中壓縮的DNA被解開,，然后一種被稱為RNA聚合酶II的復合酶讀取所需的DNA堿基對并將它們轉(zhuǎn)錄成RNA,。RNA隨后指令細胞合成特定的蛋白質(zhì)。
值得一提的是,，研究人員擴展了他們先前的工作,，表明緊密DNA的解開獨立于RNA聚合酶II的轉(zhuǎn)錄。以前許多科學家認為RNA聚合酶II在解壓縮DNA的過程中發(fā)揮了主要的作用,。
"核小體解壓縮的過程--尤其是在轉(zhuǎn)錄期間的解壓縮過程,，直到最近10年才被很好地描述，"Steven Petesch說,，文章的第一作者及John Lis實驗室的研究生,，John Lis是文章的通訊作者及芭芭拉麥克林托克在康奈爾大學生子的生物學和遺傳學教授."如果你想了解轉(zhuǎn)錄如何發(fā)生的基本過程，那你就需要了解推動這一過程的步驟,，"Petesch補充道,。為梳理出這樣的過程，Petesch和Lis利用了果蠅中的熱休克基因,，當溫度超過一個閾值時（例如對于果蠅來說的熱天及當人發(fā)燒時）熱休克基因被激活,。熱休克基因存在于許多生物中，當溫度升高時啟動程序保護細胞免受損害,。采用熱,研究人員能夠在幾秒內(nèi)快速啟動DNA的解折疊及熱休克基因的轉(zhuǎn)錄,。
當溫度升高時,，一種叫做熱休克因子的蛋白推動轉(zhuǎn)錄發(fā)生所必須的步驟。Petesch和Lis發(fā)現(xiàn),熱休克因子結(jié)合到熱休克基因并激活了涉及一些關鍵酶在內(nèi)的進程,最終引起多聚ADP核糖聚合酶(PARP)在局部合成多聚ADP核糖(PAR,一種類似于DNA和RNA的多聚物).
當DNA被壓縮時,DNA鏈緊密圍繞在組蛋白上,形成核小體.但是,事實表明,PAR和DNA競爭性結(jié)合組蛋白,這有助于DNA的展開及解壓縮.研究人員發(fā)現(xiàn),在溫度升高的數(shù)秒內(nèi),在轉(zhuǎn)錄發(fā)生前熱休克因子被招募并啟動修飾組蛋白及解壓縮DNA的程序.
"這個過程完全獨立于RNA聚合酶II對基因的轉(zhuǎn)錄,"Petesch.Lis補充道,"然而,這個過程又完全依賴于熱休克因子和PARP合成PAR鏈的能力,，對于迅速移除核小體及解開所誘導的基因是非常必要的,。"
幾十年以來PARP一直與DNA修復同樣重要并在某些癌癥中為治療靶標。
該消息由康奈爾大學提供,。（生物谷bioon.com）
doi:10.1016/j.molcel.2011.11.015
PMC:
PMID:
Activator-Induced Spread of Poly(ADP-Ribose) Polymerase Promotes Nucleosome Loss at Hsp70
Steven J. Petesch,，John T. Lis
Summary：Eukaryotic cells possess many transcriptionally regulated mechanisms to alleviate the nucleosome barrier. Dramatic changes to the chromatin structure of Drosophila melanogaster Hsp70 gene loci are dependent on the transcriptional activator, heat shock factor (HSF), and poly(ADP-ribose) polymerase (PARP). Here, we find that PARP is associated with the 5′ end of Hsp70, and its enzymatic activity is rapidly induced by heat shock. This activation causes PARP to redistribute throughout Hsp70 loci and Poly(ADP-ribose) to concurrently accumulate in the wake of PARP's spread. HSF is necessary for both the activation of PARP's enzymatic activity and its redistribution. Upon heat shock, HSF triggers these PARP activities mechanistically by directing Tip60 acetylation of histone H2A lysine 5 at the 5′ end of Hsp70, where inactive PARP resides before heat shock. This acetylation is critical for the activation and spread of PARP as well as for the rapid nucleosome loss over the Hsp70 loci.
