2013年5月14日 星期二

組織精密的染色體使真核細胞的基因表現調控複雜The Elaborate Chromosomal Organization of Eucaryotes Complicates the Control of Gene Expression

探索生命《生物學》90
Iris Van Herpen ● Haute Couture Spring/Summer 2013
1.        真核細胞的基因表現調控比原核細胞複雜。即使是最簡單的真核細胞,它的官能性基因數量也比原核細胞多。此外,在進行轉譯之前,依據細胞核活化基因合成的初級mRNA轉錄本,必須經由精密複雜的酵素處理程序才能移除各個內插子(無用的基因)。
2.        真核染色體的組織精密,因此真核細胞的基因表現調控更複雜。原核細胞的DNA是裸露在外的,沒有跟蛋白質混合,真核細胞一條雙股螺旋的DNA與二種染色體蛋白質混合在一起:組織蛋白histone proteins非組織蛋白nonhistone proteins
3.        組織蛋白是細胞核內數量最多的蛋白質,組織蛋白是小型帶正電荷的分子,能夠與帶負電荷的DNA緊密結合。真核細胞的染色體,長條的雙股螺旋DNA以組織蛋白為核心,纏繞著組織蛋白,形成稱為核小體nucleosomes的結構單元。
4.        就像一條麻繩先以一個線圈為軸心纏繞好幾圈後,再以另一個線圈為軸心纏繞,依此類推將一個接著一個的線圈連接成串;
5.        同樣的模式,DNA(麻繩)纏繞一個接著一個的組織蛋白核(線圈),形成一條由無數核小體(線圈與麻繩)構成的線條,各條核小體再組織成更粗大的線條,這就是核蛋白質,又稱為染色質/染色質絲chromatin
6.        如果各個核小體的結構是DNA緊緊地纏繞在組織蛋白上,那麼RNA聚合酶怎麼會有辦法轉錄DNA?證據顯示在轉錄進行之前,真核細胞的核小體會先鬆綁,讓預備轉錄的基因鬆開
7.        鬆開不是指DNA不再纏繞在組織蛋白上,鬆開的DNA還是纏繞在組織蛋白上,因為RNA聚合酶是可以沿著組織蛋白轉錄的。然而,近期的研究指出,如果DNA的啟動子區域綁在蛋白質上,轉錄就無法進行。
8.        下圖藍色球體代表組織蛋白,纏繞在藍色球體上的黑色線條為DNA,左側為DNA鬆開預備轉錄的活化狀態,右側為DNA緊緊纏繞在組織蛋白上的不活化狀態。
9.        有證據指出,組織蛋白轉錄因子TF彼此競爭與DNA啟動子區域結合的機會;
10.     如果DNA的啟動子區域被綁在組織蛋白上(結合),就會阻礙轉錄的進行;相反地,如果是轉錄因子TFDNA的啟動子結合,轉錄工作將順利進行。當基因被活化,會有各種機制將組織蛋白與DNA的啟動子分開。
11.     轉錄因子在調控真核基因轉錄上扮演極為重要的角色。轉錄因子在真核細胞的工作與在原核細胞一樣,轉錄因子TF協助RNA聚合酶啟動子結合,開始進行轉錄工作。
12.     在真核細胞通常是以活化轉錄區域的基因為主,而不是抑制轉錄區域的基因。
13.     其他影響基因調控的因素還有,DNA 裡的胞嘧啶被基化methylation的程度。下圖Me代表甲基:
14.     DNA複製之後,一些甲基原子團被加到某些胞嘧啶cytosines上。甲基化的程度,對決定基因是否活化舉足輕重,活化的哺乳動物基因上,甲基化的胞嘧啶比較少。
15.     換句話說,活化基因是去甲基化的。有許多證據顯示,某些老化的問題與DNA隨著時間逐漸失去一些甲基有關,這造成細胞內某些不應該被活化的基因活化了。某些癌症的發生與DNA的甲基化改變有關,DNA甲基化改變,造成基因活化與去活化的位置出錯了。
n   翻譯編寫 Carol H. McFadden and William T. Keeton Biology》;圖片來源/Dujs.dartmouth.eduCerch.org

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