基因调控过程中令人惊讶的染色质重建

生物通报道：北卡罗莱纳州大学的一项研究表明，就像将房间里的家具重新摆放获得更多的空间一样，细胞能够显著重排整个基因组，并以此使需要的基因在适当的时间被打开。相关文章发表在Nature Gentics的网络版上，并将发表在8月号的印刷版期刊上。

通过电子显微镜观察破裂的间期细胞流出的染色质,可以看到染色质纤维呈非连续性颗粒状,就像一条细线上串联着许多有一定间隔的小珠,这些小珠状颗粒被称之谓核小体。核小体(nucleosomes)是所有真核生物染色体的基本结构单位，被看作是蛋白质与基因组DNA简单结合的复合体并以此压缩到染色质中。一直以来，核小体都被假设为均匀地分布在基因组中，并且这种分布是不会改变的。但是，这项新的研究则颠覆了这个假设。

研究发现：这种广泛的染色体“重建”是通过将核小体移动到基因组中的不同位点来完成。一旦一个核小体从一个位点移开，相应的基因就会得到高效的表达。当一个基因需要关闭时，细胞就会将核小体召回到基因组上的一个特定的位置，以此来确保这个基因的表达终止。

除了少数基因，传统的观点认为整个基因组中染色质的结构是一成不变的，可实际上染色质是一种动态的物质，比想象中的活跃的多。这项研究也揭示出核小体能够作为基因表达的一种调控因子。“我们现在知道，核小体也标志地域。......这种染色体的重建使得基因表达正常发生，”Brian Strahl博士说。

研究用酵母基因组作为实验模型，用于确定染色体重建是否确实发生。“与人类基因组相比，酵母基因组非常简单，但是酵母受环境影响相当大，”Lieb说。

通过给酵母不同的营养物质，作者证明酵母中加工新营养物所需的基因失去了核小体并且被表达。他们还发现，当酵母遇到稍差的生长环境时，核小体会回到需要关闭的基因的位置。
研究人员说，在酵母中发现的这种染色体的重建现象可能直接套用在更复杂的哺乳动物的基因组中。“酵母中，包装DNA（形成核小体）和表达基因所需的整个机制与人类的非常相似，”Lieb说。

这项研究为研究人员了解“在人类疾病中染色体重建如何影响基因表达和调控”这一问题铺平了道路。“这是对基因组的一个非常重要发现，”Strah说。