據(jù)www.physorg.com網(wǎng)站2007年3月28日報道,，美國賓夕法尼亞州州立大學科學家計劃于2007年3月29日在《自然》雜志上發(fā)表首幅完整高分辨率基因控制通路結構圖。這些圖將展示基因在整個基因組中是如何被包裝和控制的,。生物化學和分子生物學教授兼此項研究的首席研究員B·福蘭克林·普格稱：“我們將第一次在基因組基礎上看見具有非常高分辨率的核小體如何控制生物基因的表達,。”
這幅圖能精確地對一些特定的關鍵基因控制核小體進行定位－纏繞蛋白質核周圍的DNA短區(qū)的線管狀結構。該項研究暗示這些在整個細胞DNA中擔當重要的轉錄催化劑角色的核小體是如何起控制作用的,，無論一個基因的函數(shù)是否能在一個特定的細胞內被解開,。該項研究的許多令人驚奇的發(fā)現(xiàn)共同揭示了核小體結構體系和它們所控制的優(yōu)質DNA序列間存在一種密切聯(lián)系,。普格稱：“我們目前能夠確切地知道這些核小體位于DNA分子的什么位置，以及在它們的嚴格控制下,，哪個DNA區(qū)被它們纏繞著,。”在這些DNA區(qū)當中，普格和他的同事找到了一條關鍵通道結構,，這一結構由核小體控制,，只有這一通路開啟，基因才能進行轉錄,。
此項研究顯示幾乎所有的基因具有這種相同的結構,，基因轉錄就是從這種結構開始的。它包含一條關鍵的轉錄通道,，而每個基因的轉錄通道幾乎總是位于核小體的相同位置,。這些研究人員還發(fā)現(xiàn)一些基因圖樣有點不同于標準圖樣，他們也會在《自然》雜志發(fā)表的文章中提到這些與眾不同的序列,。普格稱：“我們以前看到的是低分辨率圖,，這些結構可能看上去只基本處于同一位置。但是現(xiàn)在通過高分辨率圖,，我們能清晰地看到它們真的位于同一位置,。這是一種非常一致的排列形式。”
該研究還顯示這些位于轉錄啟動控制中心的核小體占據(jù)著幾處DNA分子上的重疊位置,，即典型的10堿基對分離,，這與DNA雙螺旋的周期性旋轉精確吻合。普格稱：“DNA的結構在環(huán)繞核小體蛋白質核的同時還能與這些位置達成完美吻合,，這真是令人驚訝,。”這一結果大大地簡化了此前有關基因包裝可能結構的理論。普格稱：“每一個基因里存在一種特定的DNA序列,，它們通過相同的方式形成和制造基因結構,。”每個基因中的DNA區(qū)的整個序列是不同的，但基礎結構則是一樣的,。
為了獲得高分辨率圖,，這些研究人員首先從面包酵母和釀酒酵母的6,000個DNA控制基因轉錄區(qū)中隔離出322,000個核小體。面包酵母和釀酒酵母通常被作為研究人類細胞如何工作的模型,。在酵母菌DNA中,，唯有這種啟動子核小體才在其核內包含有一種被稱之為H2A.Z的組蛋白質。由普格和生物化學及分子生物學副教授史迪芬·斯考斯特爾領頭,，賓夕法尼亞州州立大學研究小組利用只綁在這種H2A.Z蛋白質上的抗體作為將所有這種啟動子核小體與酵母DNA的其他部分分隔開來的工具,。然后，這個研究小組使用一種最新的DNA序列機器辨別或“解讀”每個H2A.Z核小體的DNA周圍的堿基對區(qū)序列,?？茖W家再通過使用相同的酵母基因序列來與每一個基因的序列進行匹配,，從而精確地定位H2A.Z核小體的最初位置。斯考斯特爾解釋稱：“為這些核小體獲取DNA正確序列允許我們精確繪制它們在整個基因中的位置,。”這種圖首次精確顯示了哪個DNA序列是控制中心的在酵母基因組中每個基因的H2A.Z核小體的組成部分。研究人員同樣還首次擁有了一幅清晰的H2A.Z核小體如何幫助控制基因開啟或關閉的圖像,。
該研究的另一項發(fā)現(xiàn)是轉錄控制中心趨向于定位在核小體的外緣和趨向于向外面對DNA螺旋,，從而使得細胞的轉錄蛋白質能夠很輕易地找到它們。普格稱：“這將有助于推開核小體,，使基因解讀能夠順利進行,。”他進一步補充稱：“此前的研究指出位于基因上流的DNA序列可能是控制基因是否進行解讀或不解讀的區(qū)域。我們對那些序列的構造尚一無所知?，F(xiàn)在,，我們知道轉錄通道是這一控制區(qū)的重要組成部分，核小體可以通過鎖定該通道使得基因不能被啟用,，直到它需要啟用這一基因,。”當需要這種基因時，細胞的分子機器解開DNA對核小體的纏繞,，打開轉錄通道讓這種基因進入細胞的分子轉錄機器,。普格稱：“我們認為核小體的作用就在于控制轉錄通道。”
此項研究揭示了在轉錄啟動子位點上管制基因的DNA是如何被包裝于核小體上,。有關這些存在于核小體線管外緣位點的知識將幫助科學將研究的注意力集中于設計控制基因的表達,。普格解釋稱：“我們的研究已經(jīng)提供了一幅更加清晰的有關控制區(qū)域DNA結構的圖像，這可以使我們更好地理解基因是如何進行控制的,。這是非常重要的,，因為基因控制是生物得以生存的關鍵過程。”
由普格的研究小組撰寫的文章目前位于有關基因控制預先發(fā)現(xiàn)新趨勢的最前沿,。它可能導致大容量或整體平行及DNA序列的實驗室設備獲得新發(fā)展,。普格稱：“傳統(tǒng)的DNA序列方法一次只能處理一條DNA鏈，但現(xiàn)在,，我們可以同時處理成百上千條DNA鏈,，并迅速得到不可思議的新信息量。”
有關大多數(shù)基因基本上通過同一種方式進行包裝的知識蘊含著強大的未來研究和應用潛力信息,。普格稱：“我認為含義之一就是：在如何包裝基因的核小體控制表達DNA方面,，我們有了更好的理解。雖然我們還不知道所有重要的基因控制特性位于DNA分子的那個地方,，但我們現(xiàn)在知道我們應該可以在核小體的邊緣找到它們中的一些,。”普格補充稱：“我們甚至可能發(fā)現(xiàn)一些以前不曾知道的控制基因的位點。”
原始出處：http://www.physorg.com/news94308836.html
部分英文原文：
Nature 446, 572-576 (29 March 2007) | doi:10.1038/nature05632; Received 20 October 2006; Accepted 26 January 2007
Translational and rotational settings of H2A.Z nucleosomes across the Saccharomycescerevisiae genome
Istvan Albert1, Travis N. Mavrich1,2, Lynn P. Tomsho1, Ji Qi1, Sara J. Zanton1,2, Stephan C. Schuster1 & B. Franklin Pugh1,2
Center for Comparative Genomics and Bioinformatics,
Center for Gene Regulation, Department of Biochemistry and Molecular Biology, The Pennsylvania State University, University Park, Pennsylvania 16802, USA
Correspondence to: B. Franklin Pugh1,2 Correspondence and requests for materials should be addressed to B.F.P. (Email: [email protected]).
structure of gateways to gene control
Abstract
The nucleosome is the fundamental building block of eukaryotic chromosomes. Access to genetic information encoded in chromosomes is dependent on the position of nucleosomes along the DNA. Alternative locations just a few nucleotides apart can have profound effects on gene expression1. Yet the nucleosomal context in which chromosomal and gene regulatory elements reside remains ill-defined on a genomic scale. Here we sequence the DNA of 322,000 individual Saccharomyces cerevisiae nucleosomes, containing the histone variant H2A.Z, to provide a comprehensive map of H2A.Z nucleosomes in functionally important regions. With a median 4-base-pair resolution, we identify new and established signatures of nucleosome positioning. A single predominant rotational setting and multiple translational settings are evident. Chromosomal elements, ranging from telomeres to centromeres and transcriptional units, are found to possess characteristic nucleosomal architecture that may be important for their function. Promoter regulatory elements, including transcription factor binding sites and transcriptional start sites, show topological relationships with nucleosomes, such that transcription factor binding sites tend to be rotationally exposed on the nucleosome surface near its border. Transcriptional start sites tended to reside about one helical turn inside the nucleosome border. These findings reveal an intimate relationship between chromatin architecture and the underlying DNA sequence it regulates.
