《細(xì)胞生物學(xué)》-細(xì)胞9章 細(xì)胞核與染色質(zhì) 2

Chapter9

NucleusandChromosomes第三節(jié)染色質(zhì)的復(fù)制與表達(dá)一、染色質(zhì)的復(fù)制與修復(fù)二、染色質(zhì)的激活與失活三、染色質(zhì)與基因表達(dá)控制四、染色質(zhì)與表觀遺傳一、染色質(zhì)的復(fù)制與修復(fù)二、染色質(zhì)的激活與失活乙?；腿ヒ阴；瘜?duì)染色質(zhì)活性的影響酵母組蛋白乙?；c去乙?；刂妻D(zhuǎn)錄的作用機(jī)制哺乳動(dòng)物X染色體失活模型果蠅的white轉(zhuǎn)基因受位置效應(yīng)影響呈現(xiàn)表達(dá)或被抑制狀態(tài)（花斑眼）果蠅的white轉(zhuǎn)基因插入常染色質(zhì)與異染色質(zhì)交界處，在不同單眼中呈現(xiàn)隨機(jī)表達(dá)（紅眼）或被抑制（白眼）狀態(tài)而形成花斑眼。酵母激活因子及輔激活因子有順序地相互作用于HO基因在染色質(zhì)水平調(diào)節(jié)其表達(dá)三、染色質(zhì)與基因表達(dá)控制基因表達(dá)的時(shí)空特異性在果蠅的翅膀成蟲盤中dpp-GAL4介導(dǎo)的Uif的表達(dá)在前后分界處（紅色）在同一個(gè)盤中的背腹分界處的Wg的表達(dá)（綠色）四、染色質(zhì)與表觀遺傳（一）表觀遺傳與遺傳遺傳學(xué)變化通過DNA序列突變實(shí)現(xiàn)的，通過生殖細(xì)胞得以遺傳表觀遺傳變化通過組蛋白和DNA不同修飾實(shí)現(xiàn)，只在體細(xì)胞中出現(xiàn)（二）表觀遺傳的工作模型（三）表觀遺傳的問題表觀遺傳密碼子是什么？表觀遺傳是如何傳代的？表觀遺傳記憶本質(zhì)是什么？生殖細(xì)胞中有沒有表觀遺傳印記來保持它的全能性？非編碼RNA在表觀遺傳調(diào)控中的作用是什么？表觀遺傳如何控制干細(xì)胞的全能或多能性？……第四節(jié)染色體一、染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)二、染色體的功能元件三、染色體帶型四、特殊染色體一、染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)由兩條相同的姐妹染色單體(chromatid)構(gòu)成，彼此以著絲粒(centromere)相連根據(jù)著絲粒在染色體上所處的位置，分為4種類型不同生物的基因組大小和染色體數(shù)目動(dòng)粒結(jié)構(gòu)域(kinetochoredomain)

-內(nèi)板(innerplate)中間間隙(middlespace)外板(outerplate)-纖維冠(fibrouscorona)中央結(jié)構(gòu)域(centraldomain)配對(duì)結(jié)構(gòu)域(pairingdomain)(一)著絲粒(centromere)與動(dòng)粒(二)次縊痕(secondaryconstriction)(三)核仁組織區(qū)(nucleolarorganizingregion,NOR)(四)隨體(satellite)(五)端粒(telomere)· ·核仁組織區(qū)端粒熒光原位雜交（FISH）鑒定端粒是否在末端，labeledprobesTTAGGG，然后與整個(gè)染色體進(jìn)行雜交和孵育，則發(fā)現(xiàn)在染色體末端有雜交信號(hào)不同生物中端粒DNA序列比較二、染色體的功能元件DNA復(fù)制起點(diǎn)著絲粒端粒（一）自主復(fù)制DNA序列（二）著絲粒DNA序列（三）端粒DNA序列

位于染色體末端，由短小串聯(lián)重復(fù)序列構(gòu)成在外因作用下，染色體可以發(fā)生畸變或斷裂，斷裂的染色體之間又可能發(fā)生融合；為什么斷裂的染色體可以發(fā)生融合，而細(xì)胞中的染色體的末端也是游離的但卻是相對(duì)穩(wěn)定的？端粒序列的特征

①短的串聯(lián)重復(fù)序列

②保守性強(qiáng)：protoza原生動(dòng)物,fungi真菌,plants,andmammals，vertebrates脊椎動(dòng)物;Human:5’-TTAGGG-3’四膜蟲：5’-TTGGGG-3’末端復(fù)制問題即新合成的DNA鏈5’末端RNA引物被切除后變短的問題端粒酶（telomerase）：最初是從四膜蟲里面分離出來的；由RNA和蛋白質(zhì)組成，是一種反轉(zhuǎn)錄酶；以自身RNA為模板，在母鏈的3’端粒末端合成新的端粒序列端粒酶只在生殖細(xì)胞、部分干細(xì)胞和癌細(xì)胞中有端粒酶活性，在正常的細(xì)胞中不具有端粒酶的活性，端粒重復(fù)序列的長度與細(xì)胞分裂次數(shù)和細(xì)胞衰老有關(guān)。Hayflick界線1961年，Hayflick等人提出，細(xì)胞（至少是體外培養(yǎng)的細(xì)胞）不是不死的，而是具有一定的壽命，它們的增殖能力不是無限的，而是有一定的界線，這就是Hayflick界線，這是對(duì)當(dāng)時(shí)細(xì)胞不死性學(xué)說的徹底否定。癌細(xì)胞在體外培養(yǎng)時(shí)具有無限傳代的特性，但是癌細(xì)胞染色體的端粒卻比正常細(xì)胞的要短。經(jīng)研究人們發(fā)現(xiàn)，癌細(xì)胞在經(jīng)過多次分裂后端?？s短到一定長度時(shí)，細(xì)胞中就會(huì)具有端粒酶的活性，使得端粒一直維持這一長度不變。端粒酶的作用示意圖另一種端粒變長的途徑-ALTALT（alternativelengtheningoftelomeres）機(jī)制：3’端突出的端粒DNA最終與5-10kb之外的另一條鏈上的TTAGG同源序列配對(duì)形成一個(gè)D環(huán)（或T形環(huán)），以穩(wěn)定端粒末端結(jié)構(gòu)。這一過程由TRF2(telommererepeatbindingfactor2)催化完成。Thestructureoftelomeres端粒的功能①完成染色體復(fù)制②保護(hù)染色體免遭核酸酶降解（端粒突出末端形成端粒環(huán)（t-loop）；防止融合及切除、修復(fù)）③防止染色體末端相互融合，即保持染色體的獨(dú)立性和穩(wěn)定性TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine2009“forthediscoveryofhowchromosomesareprotectedbytelomeresandtheenzymetelomerase”TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine2009TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine2009TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine2009三、染色體帶型核型(karyotype)

是指染色體組在有絲分裂中期的表型,包括染色體數(shù)目、大小、形態(tài)特征的總和。核型模式圖(idiogram)

將一個(gè)染色體組的全部染色體逐個(gè)按其特征繪制下來,再按長短、形態(tài)等特征排列起來的圖象稱為核型模式圖,它代表一個(gè)物種的核型模式。染色體顯帶技術(shù)經(jīng)物理、化學(xué)因素處理后，再用染料對(duì)染色體進(jìn)行分化染色，使其呈現(xiàn)特定的深淺不同帶紋(band)的方法

-一類是產(chǎn)生的染色帶分布在整個(gè)染色體長度上，如G、

Q和R帶

-一類是局部性顯帶，它只能使少數(shù)特定區(qū)域顯帶，如C、T和N帶人類細(xì)胞中期染色體顯帶及染色體大小示意圖四、特殊染色體-多線染色體存在于雙翅目昆蟲的幼蟲組織細(xì)胞內(nèi)來源于核內(nèi)有絲分裂多線化的細(xì)胞處于永久間期染色中心四、特殊染色體-多線染色體多線染色體的帶和間帶都含有基因darkly-stainingbands(b)lighterinterbands(ib)果蠅唾腺細(xì)胞全套多線染色體異染色質(zhì)蛋白HP1在多線染色體上的分布（紅色信號(hào)）dCAF-1-p180蛋白的分布（綠色）四、特殊染色體-燈刷染色體幾乎普遍存在于動(dòng)物界的卵母細(xì)胞中，其中兩棲類卵母細(xì)胞的等刷染色體最典型卵母細(xì)胞進(jìn)行減數(shù)分裂第一次分裂時(shí)停留在雙線期的染色體形態(tài)與卵子發(fā)生過程中營養(yǎng)物儲(chǔ)備密切相關(guān)四、特殊染色體-燈刷染色體大部分DNA以染色粒形式存在，沒有轉(zhuǎn)錄活性側(cè)環(huán)是RNA活躍轉(zhuǎn)錄的區(qū)域合成的RNA主要為前體mRNA第五節(jié)核仁與核體一、核仁的結(jié)構(gòu)二、核仁的功能三、核仁的動(dòng)態(tài)周期變化四、核體一、核仁的結(jié)構(gòu)纖維中心致密纖維組分顆粒組分一、核仁的結(jié)構(gòu)纖維中心(fibrillarcenters,FC)：是被致密纖維包圍的一個(gè)或幾個(gè)低電子密度的圓形結(jié)構(gòu)，主要成分為RNA聚合酶和rDNA，這些rDNA是裸露的分子致密纖維組分(densefibrillarcomponent,DFC)：呈環(huán)形或半月形包圍FC，由致密的纖維構(gòu)成，是新合成的rRNA和特異性結(jié)合蛋白，轉(zhuǎn)錄主要發(fā)生在FC與DFC的交界處顆粒組分(granularcomponent,GC)：由直徑15-20nm的顆粒構(gòu)成，是不同加工階段的RNP二、核仁的功能ribosomebiogenesisrDNA核糖體大小亞基的組裝三、核仁的動(dòng)態(tài)周期變化核仁周期(nucleolarcycle)核仁結(jié)構(gòu)完整性(structureintegrity)前核仁體(prenucleolarbody,PNB)核仁外體(extranucleolarbody)四、核體亞核結(jié)構(gòu)沒有膜包被高度動(dòng)態(tài)變化包括：

-Cajal

體(Cajalbody)-GEMS(Geminiofcoiledbody)-染色質(zhì)間顆粒(interchromatingranuleclusters,speckles)可能是蛋白質(zhì)和RNA組分（或許也有DNA）相互作用的結(jié)果第六節(jié)核基質(zhì)核基質(zhì)(nuclearmatrix)核骨架(nuclearskeleton)-真核細(xì)胞核內(nèi)真實(shí)的結(jié)構(gòu)體系-與核纖層、中間絲相互連接形成的網(wǎng)絡(luò)體系，是貫穿于核與質(zhì)的一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)-主要成分由非組蛋白的纖維蛋白構(gòu)成的，含有多種蛋白質(zhì)成分，存在少量RNA-與DNA復(fù)制、基因表達(dá)及染色體組裝與構(gòu)建密切相關(guān)本章概要（一）細(xì)胞核是真核細(xì)胞內(nèi)最大、最重要的細(xì)胞器，是細(xì)胞遺傳與代謝的調(diào)控中心。細(xì)胞核主要由核被膜（包括核孔復(fù)合體）、核纖層、染色質(zhì)、核仁及核體組成。核被膜與核孔復(fù)合體是真核細(xì)胞所特有的結(jié)構(gòu)。核被膜作為細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)之間的界膜，將細(xì)胞分成核與質(zhì)兩大結(jié)構(gòu)與功能區(qū)域。與核被膜相聯(lián)系的核孔復(fù)合體是一種復(fù)雜的跨膜運(yùn)輸?shù)鞍讖?fù)合體。核質(zhì)之間的大分子主要通過核孔復(fù)合體實(shí)現(xiàn)頻繁的物質(zhì)交換與信息交流。染色質(zhì)是間期細(xì)胞核內(nèi)由DNA、組蛋白、非組蛋白及少量RNA組成的線性復(fù)合結(jié)構(gòu)。一個(gè)雙倍體體細(xì)胞內(nèi)所有DNA的總和的一半構(gòu)成該生物基因組。到目前為止，包括人類在內(nèi)的許多生物（特別是諸多模式生物）的基因組序列已得到解析。真核細(xì)胞染色質(zhì)DNA序列的組成復(fù)雜，包括單一序列、中度重復(fù)序列和高度重復(fù)序列。構(gòu)成染色質(zhì)的蛋白參與DNA遺傳信息的組織、復(fù)制和閱讀。其中組蛋白是染色質(zhì)的基本組成蛋白，與DNA的結(jié)合沒有序列特異性；非組蛋白多數(shù)是序列特異性DNA結(jié)合蛋白，是重要的基因表達(dá)調(diào)控蛋白。它們具有不同的結(jié)構(gòu)模式，形成不同的DNA結(jié)合蛋白家族。本章概要（二）核小體是構(gòu)成染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位，每個(gè)核小體由組蛋白八聚體核心及200

bp左右的DNA和一分子組蛋白H1組成。染色質(zhì)組裝是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，它與DNA復(fù)制、修復(fù)和重組直接相關(guān)。間期染色質(zhì)可分為常染色質(zhì)與異染色質(zhì)兩類。按其功能狀態(tài)染色質(zhì)又被分為活性染色質(zhì)和非活性染色質(zhì)。在真核細(xì)胞，染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)與基因表達(dá)有密切關(guān)系。引起染色質(zhì)結(jié)構(gòu)變化的事件和因子包括DNA局部結(jié)構(gòu)與核小體相位的改變、組蛋白的修飾（甲基化、乙?；土姿峄龋?、DNA甲基化、HMG結(jié)構(gòu)域蛋白、特殊RNA分子以及染色質(zhì)重構(gòu)因子等?？蛇z傳的、與核酸序列沒有直接關(guān)系的控制基因活性的調(diào)控方式稱之為表觀遺傳調(diào)控。染色體是細(xì)胞有絲分裂時(shí)遺傳物質(zhì)存在的特殊形式，是間期染色質(zhì)緊密組裝的結(jié)果。中期染色體具有比較穩(wěn)定的形態(tài)。要確保其正常復(fù)制和穩(wěn)定遺傳，染色體起碼具備3種功能元件:一個(gè)DNA復(fù)制起始點(diǎn)、一個(gè)著絲粒和兩個(gè)端粒。細(xì)胞染色體組在有絲分裂中期的分布稱為核型。核型具有物種特異性。此外，在某些生物的細(xì)胞中，特別是在發(fā)育的某些階段，可以觀察到特殊的巨大染色體，包括多線染色體和燈刷染色體。本章概要（三）核仁是真核細(xì)胞間期核中最顯著的結(jié)構(gòu)，其形態(tài)、大小隨細(xì)胞類型和細(xì)胞代謝狀態(tài)不同而變化。核仁普遍存在三種基