果蝇细胞中发现五种主要染色质类型

2010-11-03 08:49 来源: 科学时报
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该发现构成了描述表观基因组的新框架

荷兰科学家在果蝇细胞中发现五种主要染色质类型

  转录活性常染色质与受阻遏异染色质的染色质传统分类曾是一个有用的模型,但它应该进行升级,以适应人们日益增加的有关染色质功能域的知识。一项在果蝇中对与蛋白质有关的53种染色质进行的大规模综合性全基因组分析表明,染色质有五种主要类型;这些可以构成描述表观基因组的新框架。

  阿姆斯特丹市荷兰癌症研究所的Guillaume J. Filion和同事从染色质蛋白质组中选择了一组宽泛的蛋白质,并利用DamID方法在一个胚胎果蝇细胞株中绘制了它们的基因组位置。在这项技术中,每种感兴趣的蛋白质都被混合了DNA腺嘌呤甲基转移酶(Dam),它利用一个甲基腺嘌呤足迹标记了蛋白质—DNA的相互作用位点。研究人员随后利用一种数据驱动的计算分类策略在整个基因组中鉴别出了周期性的、完全不同的蛋白质组合。基因组区域——长度从1kb变化到100多kb——通过它们的蛋白质信号而分成了5个清晰的类别,并且研究人员给每一个类别赋予了一个有颜色的名字。

  绿色类和蓝色类染色质与两种之前定义的受阻遏异染色质类型相一致:“典型的”异染色质包括异染色质蛋白质1(HP1)、(绿染色质)和多梳组(PcG)关联染色质(蓝色染色质)。利用染色质免疫沉淀反应,Filion等人还发现组蛋白在绿色和蓝色区域改变了,这与这些异染色质亚型之前的认知相匹配。

  引人注目的是,研究人员发现受阻遏异染色质的最丰富的形式——覆盖了48%的基因组并且能够形成大的区域(>100 kb)——是一种新类型(被命名为黑色)。尽管黑色染色质域相对基因贫乏——它们包含了大于4000个基因,Filion等人发现这些基因没有或只有非常有限的转录活性。插入黑色区域的报道转基因通常都是受阻遏的,这意味着黑色染色质的活性抑制了转录。在胚胎细胞的沉默黑色区域中的基因在一些其他的组织中也有表达,因此研究人员推测这种形式的染色质或许与发育调控有关,至少是部分相关。

  DamID数据的分类同时表明,常染色质包含有两个截然不同的类型。黄色和红色染色质都含有蛋白质和组蛋白改变——这是转录活性区域的特点——并产生大量的mRNA,但是红色染色质携带了几种对于这种染色质而言是独一无二的调节蛋白质,包括核小体改造Brahma。同样,尽管是类似水平的转录,组蛋白H3在赖氨酸36上的三甲基化——这之前被描述为转录延伸的一种普遍的标记——被高度富集于黄色区域中的基因,但在红色染色质中却没有。有趣的是,活性染色质的这两种形式可能反映了不同基因类型的完全不同的调控机制:黄色染色质中的基因具有占优的广泛表达,并具有基本的细胞功能,然而红色染色质区域中的基因则更加特殊。研究人员在最近出版的《细胞》杂志上报告了这一研究成果。

  研究人员指出,与染色质有关的蛋白质被广泛保存于物种中,因此很可能这种分类将广泛适用。新区域类型的更多研究将为染色质如何帮助控制基因表达提供一个更微妙的观点。