德研究者用物理模型确定核小体分布

　　

    生物通报道  真核生物的DNA基因组高度压缩存在于细胞核中。大部分DNA都紧密缠绕在可使之排列紧密的蛋白质（即组蛋白）上，以便构成核小体的结构，柔性DNA将核小体成串连接（缠绕形成类似珍珠项链的结构）。这种结构在调控基因活性表达中发挥重要作用，导致特异性细胞合成表达特异性蛋白。

    慕尼黑大学的生物物理教授Ulrich Gerland 和 Wolfram Möbius最近通过一种新的模型描绘了核小体围绕核心转录起始位点分布的情况。转录是将遗传信息转化成蛋白质的第一步。转录起始位点的DNA脱离核小体。两位研究者发现转录起始位点两侧不同的终止信号均可阻止核小体的形成和移动。“我们的模型为解析所谓的染色质密码提供了有用的工具，并可用它研究DNA压缩及选择性转录的机制。

    高等生物细胞中的遗传物质以致密染色体的形式包装在细胞核内。染色体的基本结构单位是核小体。核小体是由4中不同的组蛋白H2A、H2B、H3和H4，每一种组蛋白各两个分子，形成组蛋白八聚体，DNA盘绕在蛋白质八聚体构成的核心结构外面，形成一个核小体。柔性DNA将核小体成串连接在一起形成类似珍珠项链的结构。“核小体并不仅仅是将DNA紧密压缩的结构，它可以影响基因调控，决定哪部分的DNA可以被翻译成蛋白质。”慕尼黑大学物理研究所纳米科技中心（CeNS）和Arnold Sommerfeld理论物理学中心（ASC）的Gerland解释说。

    DNA的可接近性是基因表达的首要决定因素，分子遗传学家对此一直抱着极大的兴趣。核心的问题是核小体是如何围绕转录起始位点区域分布的。起始位点或是基因启动子的选择是将遗传信息转换成细胞结构重要物质蛋白质关键的第一步。研究证实这些启动子位点通常是无核小体区，特殊核小体分布在两侧。这些“间隙”看起来为转录提供了可接近的结合位点，它是由多个亚单位组成的多蛋白复合体结构。

    Gerland认为单一的物理原理不能解释邻近转录起始位点的核小体的特征性分布。研究者利用了所谓的Tonks模型，将弥散颗粒的相互作用局限在一维水平。“假设有人知道一个单独的颗粒的存在位置，他就可以利用模型推测邻近颗粒的位置，”该研究的第一作者Wolfram Möbius说：“此外，有人观察到一种经典的粒子密度摆动方式。Tonks气体模型确实能精密地描述核小体的分布。

    “当我们将大量启动子区域的均值输入到模型中，计算结果产生了核小体密度的典型变异范围。新的模型结论与生物学数据相当一致。在靠近转录起始位点的一端，可能存在一个固定的核小体阻断沿DNA的滑动，有点像“道路关闭”信号。”Gerland说：“在无核小体区的另一端可能有一个更大的片段阻止核小体组装。用另一种方式说，一定存在一个禁止核小体停泊的标志。”

    Möbius 和Gerland的研究第一次用一个统计学模型进行定量分析描述了基因组核小体分布。新模型将帮助研究者了解染色质结构建立和调控的机制“我们的计算毫无疑问有助于对染色质密码解码，”Gerland说；“这种密码代表了基因组三维结构的蓝图。”

（生物通：何嫱）