Cell子刊:组蛋白的协调合成机制

【字体: 时间:2013年03月27日 来源:生物通

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  北卡罗来纳大学UNC医学院的研究人员在果蝇中确定了一个特殊的DNA序列,该序列不仅触发组蛋白基座体HLB的形成,还能启动这一区域内的所有组蛋白基因。文章于三月二十五日发表在Cell旗下的Developmental Cell杂志上。

  

生物通报道:细胞每次分裂都会对重要物质进行一次拷贝,其中就包括负责缠绕包装DNA的组蛋白。如果这些蛋白没有正确合成,就会导致基因组的不稳定性,这在多种出生缺陷和癌症中很常见。

七年前,美国卡内基研究院(Carnegie Institution)的Dr. Joe Gall及其同事发现,基因组编码关键组蛋白的区域聚集着一些相关分子,不过他们并不清楚这种组蛋白基座体(histone locus body)是怎样形成的。

现在,北卡罗来纳大学UNC医学院的研究人员在果蝇中确定了一个特殊的DNA序列,该序列不仅触发组蛋白基座体HLB的形成,还能启动这一区域内的所有组蛋白基因。文章于三月二十五日发表在Cell旗下的Developmental Cell杂志上。

对于染色体完整性的保持和遗传信息的正确传递来说,染色质组装很关键。而这项研究为染色质组装提供了一个,相关组蛋白协调合成的模型。

“我们的研究揭示了核质结构与基因活性的新关系,”文章资深作者,UNC的生物学和遗传学教授Bob Duronio说。“要正确形成染色体,就需要在适当的时间合成正确的组蛋白。为此,细胞演化出了复杂的结构机制,包括招募各种相关因子以及启动相关基因。”

与人类一样,果蝇具有五种不同的组蛋白基因,这些基因位于基因组的特定区域。果蝇的组蛋白基座(histone locus)含有各100个拷贝的五种基因,约有500,000个核苷酸。每一次DNA复制都需要合成相应的组蛋白,这时蛋白合成所需的因子就会聚集到组蛋白基座,形成组蛋白基座体。而Duronio和另一位资深作者William Marzluff教授,希望解析这一过程中的具体机制。

研究人员将不同组合的五种组蛋白基因插入到基因组,并观察有哪些组合能够形成新HLB。他们发现,含有一个特殊序列的组合可以形成HLB,而缺乏这一序列的组合无法形成HLB。这一序列是位于H3H4 组蛋白基因之间的300个核苷酸序列。研究显示,该序列不仅启动了附近的H3H4基因,还会启动整个区域内的其他组蛋白基因。

这项果蝇研究也为高等生物的基因组稳定机制带来启示。“人类和果蝇具有同样的组蛋白基因,其组蛋白基座体中的蛋白也是相同的。因此,了解果蝇中的这一机制,将帮助我们进一步理解人类的细胞分裂,”Marzluff说。

 

(生物通编辑:叶予)

生物通推荐原文摘要:

A Sequence in the Drosophila H3-H4 Promoter Triggers Histone Locus Body Assembly and Biosynthesis of Replication-Coupled Histone mRNAs

Compartmentalization of RNA biosynthetic factors into nuclear bodies (NBs) is a ubiquitous feature of eukaryotic cells. How NBs initially assemble and ultimately affect gene expression remains unresolved. The histone locus body (HLB) contains factors necessary for replication-coupled histone messenger RNA transcription and processing and associates with histone gene clusters. Using a transgenic assay for ectopic Drosophila HLB assembly, we show that a sequence located between, and transcription from, the divergently transcribed H3-H4 genes nucleates HLB formation and activates other histone genes in the histone gene cluster. In the absence of transcription from the H3-H4 promoter, proto-HLBs (containing only a subset of HLB components) form, and the adjacent histone H2a-H2b genes are not expressed. Proto-HLBs also transiently form in mutant embryos with the histone locus deleted. We conclude that HLB assembly occurs through a stepwise process involving stochastic interactions of individual components that localize to a specific sequence in the H3-H4 promoter.

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