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染色质结构之美——染色质可及性

中国生物化学与分子生物学报 2022年第10期38卷 1269-1284页

作者：彭建张宏权北京大学基础医学院北京大学国际癌症研究院北京大学医学部天然药物与仿生药物国家重点实验室北京100191

染色质可及性(chromatin accessibility)作为一种衡量染色质结合因子与染色质DNA结合能力高低的染色质属性,是评价染色质结构稳态的重要指标之一,在多种细胞核进程中扮演重要角色,包括基因转录调控以及DNA损伤修复等。该属性的异常调控... 详细信息

染色质可及性(chromatin accessibility)作为一种衡量染色质结合因子与染色质DNA结合能力高低的染色质属性,是评价染色质结构稳态的重要指标之一,在多种细胞核进程中扮演重要角色,包括基因转录调控以及DNA损伤修复等。该属性的异常调控与多种疾病的发生发展密切相关,包括肿瘤以及神经退行性疾病等。对于该属性探究已经成为生命科学与疾病领域的热点。伴随越来越多的新技术应运而生,例如染色质构象捕获技术、高通量测序技术以及两种技术的结合等。随着技术的进步,多种参与调控染色质可及性的因素被发现和总结,包括核小体占位、组蛋白修饰以及非编码RNA等。多项大规模的染色质组学数据绘制了多种疾病的染色质可及性图谱,为揭示疾病的发生发展与染色质可及性之间的关系提供了数据支持。同时,随着单细胞染色质可及性测序技术的发展,实现了对细胞类型染色质层面的划分,弥补了单纯依赖基因表达划分细胞类型的不足。本文将从染色质的组成与可及性、影响染色质可及性的因素、染色质可及性的检测方法,以及染色质可及性与癌症的关系等方面简要阐述染色质可及性的研究进展。

关键词：染色质可及性癌症组蛋白修饰染色质结构检测方法

染色质结构影响肿瘤细胞辐射敏感性的研究进展

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中华放射医学与防护杂志 2016年第9期36卷 717-720页

作者：王萍袁德晓邵春林复旦大学放射医学研究所上海200032

染色质结构修饰在DNA复制、转录、修复和重组的过程中发挥重要作用。近年来研究表明，染色质结构修饰不仅影响电离辐射后的DNA损伤的产生并且还参与多个DNA损伤反应（DDR）的信号通路。本文就染色质结构及其在DNA损伤修复中的作用，特... 详细信息

染色质结构修饰在DNA复制、转录、修复和重组的过程中发挥重要作用。近年来研究表明，染色质结构修饰不仅影响电离辐射后的DNA损伤的产生并且还参与多个DNA损伤反应（DDR）的信号通路。本文就染色质结构及其在DNA损伤修复中的作用，特别是特征性染色质结构、组蛋白修饰对肿瘤细胞辐射敏感性的影响进行了综述。

关键词：染色质结构辐射敏感性组蛋白修饰染色质重塑 DNA损伤修复

染色质结构与转录因子调控机制及其在疾病中的作用研究

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染色质结构与转录因子调控机制及其在疾病中的作用研究

作者：许翔军事科学院

学位级别：硕士

研究背景染色质结构是指由DNA缠绕组蛋白并在细胞核内盘曲折叠形成的空间三维结构,包含了染色质开放性、空间构象等。转录因子是一类能够结合DNA并影响基因表达的蛋白,部分转录因子在发挥调控功能的过程中牵引染色质形成空间结构,同时... 详细信息

研究背景染色质结构是指由DNA缠绕组蛋白并在细胞核内盘曲折叠形成的空间三维结构,包含了染色质开放性、空间构象等。转录因子是一类能够结合DNA并影响基因表达的蛋白,部分转录因子在发挥调控功能的过程中牵引染色质形成空间结构,同时染色质结构也会影响转录因子与DNA结合。染色质结构与转录因子的动态调控在细胞复制、修复和转录调控中发挥重要作用。目前,随着染色质构象捕获和染色质免疫沉淀后测序技术日趋成熟,多组学数据库逐步建立,基于不同数据来源的研究算法快速兴起,为研究不同条件下染色质结构与转录因子的调控机制带来新的机遇。问题和挑战哺乳动物细胞核中,染色质结构与转录因子调控关系复杂、调控机制尚未明确。目前,染色质结构与转录因子调控的机制解析缺乏系统化的研究算法与不同条件下的数据来源,成为限制染色质结构与转录因子研究的关键瓶颈。染色质结构与转录因子研究需要海量的测序数据与复杂的分析和实验验证,具有成本高、周期长的特点,当下缺乏高效准确的研究算法为数据产生提供引导指向,因此大量转录因子对染色质结构的影响未知。同时,研究算法是否接近调控本质,需要不同条件数据来源对算法进行验证和完善,由于缺乏对癌症转移与新冠感染组织的染色质结构研究,因此染色质结构与转录因子在两种条件下的调控机制未知。两大制约因素相互影响,共同阻碍了染色质结构与转录因子调控机制解析。研究目的针对目前研究中,大量转录因子对染色质结构影响未知,我们通过开发识别影响染色质结构转录因子的系统性筛选算法,形成新的研究范式,促进更多影响染色质结构的转录因子发现与解析;其次,针对染色质结构与转录因子在癌症转移和新冠感染组织中调控机制研究不充分的现状,我们研究结直肠癌原发和转移过程中染色质结构改变和新冠病毒感染中转录因子与染色质开放性的调控机制,为染色质结构与转录因子研究分析算法提供新的数据来源。研究内容首先开发影响染色质结构的转录因子识别方法,并对筛选得到的转录因子进行RNA干扰验证,揭示新型转录因子调控染色质结构规律;其次探究染色质结构在结直肠癌的癌旁、原发和转移样本中的变化规律,揭示染色质易位改变三维结构、调控基因表达变化的内在机制;最后探究染色质开放性与转录因子在新冠病毒感染中的动态调控规律,揭示新冠病毒受体蛋白ACE2表达的调控机制。研究方法1.基于人类基因组DNA元件百科全书(ENCODE)计划中高质量染色质免疫共沉淀(Ch IP-seq)测序数据,开发染色质结构相关转录因子筛选算法,量化候选转录因子与先验染色质结构相关蛋白的共定位水平。接着通过小分子RNA干扰(si RNA)实验沉默候选基因SIX5,通过高通量染色质构象捕获技术(Hi-C)分析沉默后染色质结构的改变。最后,利用靶向切割并标记实验(CUT&Tag)对SIX5和已知染色质结构调控转录因子ZNF143的相互作用模式进行探究,揭示转录因子SIX5与ZNF143协同维持染色质构象的内在机制。2.染色质结构在结直肠癌中的变化规律研究选取了课题组与首钢医院合作获取的6名发生转移患者的癌旁、原发灶和转移癌样本以及7名未发生转移患者的癌旁和原发灶样本。首先对多组学数据严格质控,筛选高质量数据。接着根据转录组(RNA-seq)数据,分析结直肠癌发生转移的特异表达模式。进一步基于Hi-C数据与基因表达关联,分析染色质结构在结直肠癌发生和转移过程中A/B区室(A/B compartment)和拓扑关联结构域(TAD)层面的改变对基因表达调控的影响。最后应用基于Hi-C的染色质易位识别算法,揭示染色质易位对染色质结构的影响规律。3.新冠病毒感染细胞模型采用课题组已验证的ACE2启动子区染色质开放且易感的Caco-2细胞系(人结肠癌细胞系)和ACE2启动子区染色质不开放且不易感的A549细胞系(人非小细胞肺癌细胞系)。为了探究染色质开放对转录因子结合的影响,首先对两个细胞系进行I型干扰素(IFN-α)处理,诱导ACE2过表达,利用RNA-seq与蛋白质印迹法(Western Blot)对比诱导前后ACE2表达与翻译情况。接着用ATAC-seq与q PCR实验确认诱导后ACE2的启动子开放性并未受影响。进一步选取ACE2启动子区富集的转录因子HNF1A,运用CUT&Tag与q PCR实验观察HNF1A的结合情况。最后,构建转录因子调控网络与蛋白互作网络,分析新冠病毒感染相关通路。研究结果1.开发了影响染色质结构的转录因子识别方法,探究了新型染色质结构相关转录因子SIX5对染色质结构的调控机制。结果发现:染色质结构相关转录因子识别算法在不同的细胞系中均得到SIX5;筛选得到的转录因子SIX5显著富集在高层级的TAD边界,调控抑癌与DNA修复基因RMI2;SIX5与ZNF143沉默其中一个转录因子将影响另一转录因子与DNA结合,并且沉默后染色质结构发

关键词：染色质结构转录因子结直肠癌新冠病毒

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吸烟对精子染色质结构完整性影响的探讨

中华男科学杂志 2010年第4期16卷 300-304页

作者：牛志宏刘建兵史庭燕袁瑶施惠娟复旦大学医学院妇产科学系上海200032 上海市计划生育科学研究所上海200032 上海交通大学医学院附属瑞金医院生殖医学中心上海200025

目的：探讨吸烟对精子染色质结构完整性的影响。方法：784例男性不育患者从病例库中选取,根据吸烟与否及每日吸烟支数（≤10、11-19、≥20）和吸烟年限（≤5、6-9、≥10）进行分组,比较各组患者精液常规检测参数及精子染色质结构受损和... 详细信息

目的：探讨吸烟对精子染色质结构完整性的影响。方法：784例男性不育患者从病例库中选取,根据吸烟与否及每日吸烟支数（≤10、11-19、≥20）和吸烟年限（≤5、6-9、≥10）进行分组,比较各组患者精液常规检测参数及精子染色质结构受损和精子核成熟情况。精子染色质结构完整性采用流式细胞仪检测,DNA损伤程度和不成熟精子指数分别以DNA损伤指数（DFI）和高DNA着色性（HDS）来表示。结果：吸烟≥20支/日和吸烟年限≥10年的患者组精液量、前向运动精子比例低于其他组而精子畸形率高于其他组（P〈0.05）;吸烟组男性的DFI和HDS值均升高（P〈0.05）;HDS与前向运动精子比例呈负相关（r=-0.18,P〈0.05）,DFI与HDS均与精子畸形率呈正相关（r=0.31与r=0.39,P均〈0.05）。结论：日吸烟量≥20支或吸烟年限≥10年对男性的精液量、前向运动精子比例和精子畸形率都有影响,吸烟影响男性精子DNA完整性和精子核成熟。

关键词：精子染色质结构吸烟 DNA损伤

用胞核切口转译法对人β型血珠蛋白基因的染色质结构研究

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分子细胞生物学报 1989年第4期22卷 433-444页

作者：朱景德中国科学院上海细胞生物学研究所

采用核切口转译改良法,对K 562细胞及HES细胞核中的人β型血红蛋白基因的染色质结构进行了分析。以32P-三磷酸脱氧核苷酸作为底物,用*** DNA聚合酶对经。DNaseⅠ轻度消化的细胞核进行切口转译标记。然后从核中抽提出总DNA并以其为探针对... 详细信息

采用核切口转译改良法,对K 562细胞及HES细胞核中的人β型血红蛋白基因的染色质结构进行了分析。以32P-三磷酸脱氧核苷酸作为底物,用*** DNA聚合酶对经。DNaseⅠ轻度消化的细胞核进行切口转译标记。然后从核中抽提出总DNA并以其为探针对经Sou-thern转移的β型血珠蛋白及其它一些基因的酶解片段进行杂交。结果表明,在K 562细胞核中,所有β型血珠蛋白基因（ε,γ,δ及β）以及18 S核糖体RNA基因均被选择性标记上了,而不表达基因:α-乳糖蛋白及c-sis基因则否。然而在HES细胞核中仅有18 S核糖体RNA基因被标记上。此表明活跃基因的染色质结构松弛,对DNase Ⅰ酶的消化较为敏感。

关键词：人β型血珠蛋白基因染色质结构 DNase Ⅰ 细胞核切口转译。

喹赛多对DNA甲基化、组蛋白修饰和染色质结构的影响

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喹赛多对DNA甲基化、组蛋白修饰和染色质结构的影响

作者：朱锋华中农业大学

学位级别：硕士

喹赛多是抗菌促生长作用较好的一种喹噁啉类药物,其对动物机体的生长发育产生重要影响,适合用于食品动物的养殖业。虽然目前已有大量关于喹赛多药理学机制的研究,但是喹赛多促生长作用的分子机制仍然不是很清楚。前期已经从喹赛多作用... 详细信息

喹赛多是抗菌促生长作用较好的一种喹噁啉类药物,其对动物机体的生长发育产生重要影响,适合用于食品动物的养殖业。虽然目前已有大量关于喹赛多药理学机制的研究,但是喹赛多促生长作用的分子机制仍然不是很清楚。前期已经从喹赛多作用下基因的表达、蛋白和激素的分泌、表型的变化等方面进行了研究,但是由于生物体是一个复杂的体系,其生长受到很多因素的影响,为了更好的说明喹赛多促生长作用仍需从多方面进一步研究。表观遗传学变化主要是指遗传物质的修饰,如DNA的甲基化、组蛋白修饰和染色质重塑等,这些遗传物质的修饰可以通过影响基因的启动来对基因的表达变化产生调控,进而对机体的生长、发育产生影响。那么喹赛多作用于细胞后是否可以引起机体表观遗传学变化?喹赛多是否可以通过影响表观遗传学变化进而影响机体的生长发育?答案是未知的,仍需进一步研究。在动物机体的生长发育过程中,内分泌系统起着极其重要的作用,其中IGF-1(Insulin-like Growth Factor-1)是机体正常生长发育不可缺少的物质,而肝脏不但是IGF-1的主要分泌器官,而且还是各种不同药物与机体直接接触及在体内进行代谢的主要器官。为了进一步揭示喹赛多的促生长作用机理,本课题以重组生长激素(rGH)为对照药,以基因IGF-1为切入点,以大鼠的肝细胞(BRL细胞)为实验材料进行相应的表观遗传学实验。1.喹赛多于BRL细胞时间和剂量的确定(筛选对细胞生长最有利的条件)本课题采用MTT法,以细胞线粒体内产生的琥珀酸脱氢酶(SDH)的含量为指标,检测药物作用下细胞的活力,并结合细胞生长状态和IGF-1 mRNA表达量来确定喹赛多和对照药物rGH作用于BRL细胞的时间和剂量。实验结果表明,1μmol/L的喹赛多和0.163×2-8 IU/ml的rGH分别作用于BRL细胞4 h后细胞中SDH的含量相对较高,且细胞的生长状况良好,基因IGF-1 mRNA表达水平上调明显,且与生长相关的基因GHR mRNA表达水平和IGF-1R mRNA表达水平也上调明显,对细胞生长发育有利,由此确定可以用1μmol/L的喹赛多和0.163×2-8 IU/m L的rGH分别作用于BRL细胞4 h进行后续的实验。2.喹赛多对BRL细胞内DNA甲基化的影响用1μmol/L的喹赛多和0.163×2-8 IU/mL的r GH(对照药)分别作用于BRL细胞4h,发现喹赛多和rGH都可以引起BRL细胞基因组DNA甲基化水平增加,不利于某些基因的表达,而且BRL细胞基因组DNA甲基化水平会随着喹赛多剂量的增加而改变,不会随着时间的改变而发生变化。用BSP法检测基因IGF-1启动子区域甲基化水平却发现1μmol/L的喹赛多和0.163×2-8 IU/m L的rGH分别作用于BRL细胞4 h后可以引起基因IGF-1启动子区域大部分CpG位点甲基化水平降低,这一现象是有利于转录因子与基因IGF-1启动子区域结合形成转录起始复合物,有利于基因IGF-1的转录,促使IGF-1 mRNA表达水平增加。通过RT-PCR实验发现细胞内DNA甲基化水平的变化可能与DNA甲基化相关酶DNMT1、DNMT3A和DNMT3B有关,可能是药物通过影响DNA甲基化相关酶的变化进而影响细胞内的DNA甲基化水平。3.喹赛多对BRL细胞内组蛋白修饰(H3K4me3和H3K27ac)的影响细胞内组蛋白H3K4me3修饰水平和H3K27ac修饰水平与基因的转录水平有关,对细胞的生长发育产生重要影响。研究发现喹赛多和rGH都可以引起BRL细胞内H3K4me3修饰水平和H3K27ac修饰水平明显降低,且在0～4 h内随着细胞与药物接触时间的增加,BRL细胞内H3K4me3修饰和H3K27ac修饰水平逐渐降低,这一现象对某些基因的转录表达是不利的。通过ChIP-qPCR实验发现,喹赛多和rGH都可以引起BRL细胞内基因IGF-1启动子区域H3K4me3修饰和H3K27ac修饰水平明显增加,促进IGF-1 m RNA表达水平。而且研究发现这些组蛋白H3K4me3修饰水平和H3K27ac修饰水平的增减可能与H3K4me3修饰酶和H3K27ac修饰酶密切相关。4.喹赛多对BRL细胞内染色质结构的影响为了进一步观察喹赛多和对照药rGH作用于BRL细胞后对细胞内染色质结构的影响,我们以细胞内染色质上组蛋白H3K4me3修饰和H3K27ac修饰为参照,结合激光共聚焦显微镜观察喹赛多和对照药物rGH对染色质结构的影响,结果发现,BRL细胞在喹赛多和对照药物rGH作用下BRL细胞核中可见空间变小,染色质之间的空隙变得更大。添加抑制剂5-氮杂-2脱氧胞嘧啶核苷后,与喹赛多处理组和rGH处理组相比,细胞中细胞核内可见空间变大,细胞中染色质之间的空隙变得更小。由此可以推测BRL细胞在喹赛多和rGH作用

关键词：喹赛多生长发育 MTT DNA甲基化组蛋白修饰染色质结构 IGF-1

发育,衰老过程脑细胞染色质结构与功能变化研究进展

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生物科学动态 1989年第5期 14-20页

作者：邱平易禄康

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染色质结构会伴随衰老发生重大改变

中国生物化学与分子生物学报 2011年第1期27卷 10-10页

作者：桂宾

同猫一样,人类细胞也有生命的上限：一旦增值超过特定的次数,细胞就会发生形态改变,生长变缓,最终停止分裂,也就是细胞衰老.研究发现细胞的寿命之钟是由染色体的末端结构也就是端粒调控的,

关键词：细胞衰老染色质结构伴随末端结构染色体生命端粒

肥胖对不育男性精子染色质结构、顶体功能及精液参数的影响

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中国性科学 2021年第8期30卷 14-17页

作者：许鹏蒋云山贺桑彭婀娜黄向红谭小军湘潭市中心医院生殖与遗传中心湖南湘潭411100

目的探讨肥胖对不育男性精子染色质结构、顶体功能与精液参数的影响。方法选取2017年1月至12月湘潭市中心医院生殖与遗传中心门诊诊治的363例不育男性患者作为研究对象。根据体重指数(BMI)分为正常体重组(n=135)、超重组(n=144)和肥胖组... 详细信息

目的探讨肥胖对不育男性精子染色质结构、顶体功能与精液参数的影响。方法选取2017年1月至12月湘潭市中心医院生殖与遗传中心门诊诊治的363例不育男性患者作为研究对象。根据体重指数(BMI)分为正常体重组(n=135)、超重组(n=144)和肥胖组(n=84)。比较三组精液常规参数、正常形态精子率、精子DNA碎片指数(DFI)、色素酶A3(CMA3)阳性率、精子顶体酶活性及精浆生化参数(中性α-葡糖苷酶、果糖、柠檬酸、锌),并分析BMI与以上指标的相关性。结果与正常体重组相比,肥胖组前向运动精子率、正常形态精子率、顶体酶活性、精浆中性α-葡糖苷酶明显降低(P染色质结构异常,是引起男性生育力降低的重要原因。

关键词：肥胖不育男性染色质结构顶体功能精液