关于组蛋白、甲基化、CHIP-Seq、结合位点、转录因子

关于组蛋白、甲基化、转录因子、结合位点和CHIP-Seq

1)染色质：真核细胞分裂间期的细胞核内的一种物质，这种物质的基本化学成分为脱氧核

糖核酸核蛋白(核蛋白就是由DNA或RNA与蛋白质形成的复合体)，主要由DNA和组蛋白构成，也含有少量的非组蛋白和RNA。由于它可以被碱性的染料染色，所以称为染色质。在细胞的有丝分裂期，染色质经过螺旋、折叠，包装成了染色体。

2)核小体：核小体是染色体的基本结构单位，由DNA和组蛋白(histone)构成，是染色质(染

色体)的基本结构单位。由4种组蛋白H2A、H2B、H3和H4，每一种组蛋白各二个分子，形成一个组蛋白八聚体，约200 bp的DNA分子盘绕在组蛋白八聚体构成的核心结构外面，形成了一个核小体。这时染色质的压缩包装比(packing ratio)为6左右，即DNA 由伸展状态压缩了近6倍。200 bp DNA为平均长度；不同组织、不同类型的细胞，以及同一细胞里染色体的不同区段中，盘绕在组蛋白八聚体核心外面的DNA长度是不同的。如真菌的可以短到只有154 bp，而海胆精子的可以长达260bp，但一般的变动范围在180bp到200bp之间。在这200bp中，146 bp是直接盘绕在组蛋白八聚体核心外面，这些DNA不易被核酸酶消化，其余的DNA是用于连接下一个核小体。连接相邻2个核小体的DNA分子上结合了另一种组蛋白H1。组蛋白H1包含了一组密切相关的蛋白质，其数量相当于核心组蛋白的一半，所以很容易从染色质中抽提出来。所有的H1被除去后也不会影响到核小体的结构，这表明H1是位于蛋白质核心之外的。

3)染色体：在细胞的有丝分裂的分裂期由染色质经螺旋折叠形成，呈线状或棒状。

4) 有丝分裂：真核细胞的染色质凝集成染色体、复制的姐妹染色单体在纺锤丝的牵拉下分

向两极，从而产生两个染色体数和遗传性相同的子细胞核的一种细胞分裂类型。分裂具有周期性。即连续分裂的细胞，从一次分裂完成时开始，到下一次分裂完成时为止，为一个细胞周期。一个细胞周期包括两个阶段：分裂间期和分裂期，（这两个阶段所占的时间相差较大，一般分裂间期占细胞周期的90%-95%；分裂期大约占细胞周期的5%-10%。细胞种类不同，一个细胞周期的时间也不相同。）分裂期又分为分裂前期、分裂中期、分裂后期和分裂末期。细胞在分裂之前，必须进行一定的物质准备。细胞增殖包括物质准备和细胞分裂整个过程。有丝分裂是一个连续的过程按先后顺序划分为间期、前期、中期、后期和末期五个时期，在前期和中期之间有时还划分出一个前中期。

5) 分裂间期：主要完成DNA的复制和蛋白质的合成，DNA复制时边解旋编复制。

6) 姐妹染色单体：姐妹染色单体是指染色体在细胞有丝分裂（包括减数分裂）的间期进

行自我复制，形成由一个着丝点连接着的两条完全相同的染色单体。（若着丝点分裂，则就各自成为一条染色体了）。每条姐妹染色单体含1个DNA。

7) 同源染色体：二倍体细胞中染色体以成对的方式存在, 一条来自父本，一条来自母本，

且形态、大小相同，并在减数分裂前期相互配对的染色体。含相似的遗传信息。

8) 组蛋白：一组进化上非常保守的碱性蛋白质，其中碱性氨基酸(Arg，Lys)约占25%，存

在于真核生物染色质，分为5种类型(H1，H2A，H2B，H3，H4)，后4种各2个形成组蛋白八聚体，构成核小体的核心，占核小体质量的一半。组蛋白的基因非常保守。亲缘关系较远的种属中,四种组蛋白(H2A、H2B、H3、H4)氨基酸序列都非常相似。

9) 甲基化(methylation)：从活性甲基化合物(如S-腺苷基甲硫氨酸)上催化其甲基转移到其

他化合物的过程。可形成各种甲基化合物，或是对某些蛋白质或核酸等进行化学修饰形成甲基化产物。甲基化是蛋白质和核酸的一种重要的修饰，调节基因的表达和关闭，与癌症、衰老、老年痴呆等许多疾病密切相关，是表观遗传学的重要研究内容之一。最常见的甲基化修饰有DNA甲基化和组蛋白甲基化。DNA甲基化是指生物体在DNA甲基转移酶(DNA methyltransferase，DMT) 的催化下，以s-腺苷甲硫氨酸(SAM)为甲基

供体，将甲基转移到特定的碱基上的过程。DNA甲基化能关闭某些基因的活性，去甲基化则诱导了基因的重新活化和表达。DNA甲基化能引起染色质结构、DNA构象、DNA 稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式的改变，从而控制基因表达。研究证实，CpG二核苷酸中胞嘧啶的甲基化导致了人体1/3以上由于碱基转换而引起的遗传病。

10) 组蛋白修饰(histone modification)：基因表达是一个受多因素调控的复杂过程.组蛋白是

染色体基本结构-核小体中的重要组成部分,其N-末端氨基酸残基可发生乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化、多聚ADP糖基化等多种共价修饰作用。组蛋白的修饰可通过影响组蛋白与DNA双链的亲和性,从而改变染色质的疏松或凝集状态,或通过影响其它转录因子与结构基因启动子的亲和性来发挥基因调控作用.组蛋白修饰对基因表达的调控有类似DNA遗传密码的调控作用。

11) 顺式作用元件：顺式作用元件(cis-actingelement)存在于基因旁侧序列中能影响基因表

达的序列。顺式作用元件包括启动子、增强子、调控序列和可诱导元件等，它们的作用是参与基因表达的调控。顺式作用元件本身不编码任何蛋白质，仅仅提供一个作用位点，要与反式作用因子相互作用而起作用。顺式作用元件是指与结构基因串联的特定DNA 序列，是转录因子的结合位点，它们通过与转录因子结合而调控基因转录的精确起始和转录效率。真核生物中没有操纵子，调节基因中调控序列有许多能结合调控蛋白的元件叫顺式作用元件，它们往往与结构基因保持一定的距离。反式作用因子：指和顺式作用元件结合的可扩散性蛋白，包括基础因子，上游因子，诱导因子。

12) 转录因子：能够结合在某基因上游特异核苷酸序列上的蛋白质，活化后从胞质转位至胞

核，通过识别和结合基因启动子区的顺式作用元件,启动和调控基因表达。真核生物转录起始十分复杂，往往需要多种蛋白因子的协助，转录因子与RNA聚合酶Ⅱ形成转录起始复合物，共同参与转录起始的过程。转录因子(transcription factor)是一群能与基因5`端上有特定序列专一性结合，从而保证目的基因以特定的强度在特定的时间与空间表达的蛋白质分子。转录因子的结合位点（transcription factor binding site，TFBS）是转录因子调节基因表达时，与基因模板链结合的区域。按照常识，转录因子（transcription factor，TF）的结合位点一般应该分布在基因的前端，但是，新的研究发现，人21和22号染色体上，只有22%的转录因子结合位点分布在蛋白编码基因的5'端。

13) CHIP-Seq：真核生物的基因组DNA以染色质的形式存在。因此，研究蛋白质与DNA

在染色质环境下的相互作用是阐明真核生物基因表达机制的基本途径。染色质免疫沉淀技术（chromatin immunoprecipitation assay, CHIP）是目前唯一研究体内DNA与蛋白质相互作用的方法。它的基本原理是在活细胞状态下固定蛋白质－DNA复合物，并将其随机切断为一定长度范围内的染色质小片段，然后通过免疫学方法沉淀此复合体，特异性地富集目的蛋白结合的DNA片段，通过对目的片断的纯化与检测，从而获得蛋白质与DNA相互作用的信息。CHIP不仅可以检测体内反式因子与DNA的动态作用，还可以用来研究组蛋白的各种共价修饰与基因表达的关系。流程：甲醛处理细胞——收集细胞，超声破碎——加入目的蛋白的抗体，与靶蛋白-DNA复合物相互结合——加入ProteinA，结合抗体-靶蛋白-DNA复合物，并沉淀——对沉淀下来的复合物进行清洗，除去一些非特异性结合——洗脱，得到富集的靶蛋白-DNA复合物——解交联，纯化富集的DNA-片断——PCR分析。ChIP-Seq的原理是：首先通过染色质免疫共沉淀技术（ChIP）特异性地富集目的蛋白结合的DNA片段，并对其进行纯化与文库构建；然后对富集得到的DNA片段进行高通量测序。研究人员通过将获得的数百万条序列标签精确定位到基因组上，从而获得全基因组范围内与组蛋白、转录因子等互作的DNA区段信息。