着丝粒核小体结构的动态模型与功能的关系综述

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1、精选公文范文管理资料着丝粒核小体结构的动态模型与功能的关系综述   着丝粒(centromere)是真核生物染色体的重要组成元件,在细胞分裂过程中,它作为染色体着丝点复合体形成和微管附着的位点,与细胞有丝分裂和减数分裂染色体行为密切相关.虽然着丝粒在不同真核生物细胞分裂过程中的功能极为保守,但是,令人吃惊的是着丝粒在蛋白结构、DNA序列和装配方式等在不同的真核生物之间却表现出极大的差异.早在19世纪80年代,Flemming就对着丝粒进行了描述,但在关于着丝粒中包含的蛋白类型、DNA构成方式等结构和功能的研究上

2、,因涉及到复杂的基因组遗传学与表观遗传学的机制,还远远没有揭开.真核生物着丝粒的基本单位是着丝粒核小体在着丝粒核小体中含有组蛋白H3的一种变种蛋白即着丝粒特异性组蛋白H3,[键入文字][键入文字][键入文字]精选公文范文管理资料它是微管与染色质连接体的重要组成部分.着丝粒组蛋白在人和其他哺乳类中被称为CENP-A,在果蝇中被称为CID,在酵母中被称为CSE4,在线虫中被称为HCP3等.生命体内常规核小体结构早在上个世纪70年就已经被确定,常规核小体由组蛋白H2A、H2B、H3和H4,每一组蛋白各两个拷贝形成八聚

3、体,由直接缠绕在组蛋白八聚体上所形成.然而,在真核生物的着丝粒区域,着丝粒核小体是如何构成的一直没有统一的答案.近几年,人们利用体外vitro)和体内(invivo)实验,提出了着丝粒核小体结构的八聚体、六聚体、同型四聚体以及半八聚体模型(图1),对不同生物的着丝粒核小体结构进行了深入的探讨.    1着丝粒核小体模型   1.1八聚体着丝粒核小体模型   目前,着丝粒核小体八聚体模型的主要实验证据多为体外组装实验所获得.根据含有CENP-A组蛋白的数量,[键入文字][键入文字][键入文字]精选公文范文管理资料

4、分为同型八聚体和异型八聚体两种.   其中,同型模型中含有CENP-A、H4、H2A和各两个蛋白;而异型模型中除H4、H2A与H2B的数量与同型模型中相等外,H3和CENH3均为一个拷贝.体外组装实验研究发现,由于CENP-A比CENP-A-H3的亲和力更强,因而更容易形成同型的八聚体.如图2虚线部分所示,根据体外重组着丝粒核小体X射线衍射结果,Tachiwana等发现人类着丝粒核小体上所缠绕的DNA为121bp,比常规核小体的147bp更短.其中着丝粒核小体中每个(CENP-A-H4-H2A-H2B)四聚体上

5、缠绕的DNA均比传统核小体(H3-H4-H2A-H2B)四聚体少.   Hasson等也通过染色质免疫共沉淀测序seq)技术证实,人类着丝粒核小体上缠绕的DNA的长度短于传统核小体上缠绕的DNA.   1.2半八聚体着丝粒核小体模型   半八聚体模型是在一个核小体中只含有一份拷贝的CENP-A、H4、H2A和H2B.Dalal等和Dimitriadis等通过体内实验(invivo)利用原子力显微镜发现,[键入文字][键入文字][键入文字]精选公文范文管理资料在果蝇和人类细胞中含有的核小体的高度只有常规核小体的一

6、半,而且在果蝇中着丝粒核小体无法通过交联的方式形成八聚体.Krassovsky等利用高通量测序及技术发现酵母着丝粒核小体所结合的DNA在左右,这也远远小于八聚体模型中的147bp或者121bp.Densmore等的研究发现,酵母着丝粒核小体的结合区域为序列,而CDE序列中又可以分为CDEI、CDEII和CDEIII三个元件,其中CDEI为Cbf1蛋白的结合位点,CDEIII为CEBF3着丝粒复合体的结合位点(图3B).如图3A所示,图中横坐标为CSE4染色体免疫共沉淀(anti-CSE4ChIPed)读段(Re

7、ads)中点到CDE序列中点的距离,纵坐标为读段的长度.我们可以发现,图3A中存在12bp、125bp和25bp的保护区域,这表明存在这三种不同长度的DNA片段被蛋白保护,由于12bp和25bp为CBF1和CBF3所保护的区域,从而计算出酵母着丝粒核小体所结合的序列是大约在80[键入文字][键入文字][键入文字]精选公文范文管理资料bp左右.   与此同时,在Cbf1蛋白突变株cbf1?中,小于的片段要远远多于野生型酵母.另外,在CDEI区域也不存在被蛋白所保护的DNA,这说明了酵母着丝粒核小体的核心区域所保护

8、的DNA在80bp左右(图3C).Furuyama等发现,通过调整盐浓度,在体外组装得到了含有CSE4的半八聚体着丝粒核小体,解释了为什么不同的实验室的体外实验可以获得不同的着丝粒核小体结构.根据上述实验,我们可以清楚地得出,如果酵母着丝粒核小体为八聚体,是可以保护全部CDE,而这与cbf1?突变实验相互矛盾,这也证实酵母着丝粒核小体为半八聚体结构,并被大约80bp的DNA所缠扰(图3