核小體定位及其與g-四鏈體的關(guān)系研究.pdf

1、真核細胞中，染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本單位是核小體，核小體和組蛋白修飾等表觀遺傳修飾共同參與基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控。近年來，很多研究揭示了人類基因組中轉(zhuǎn)錄起始位點附近的特定的核小體占據(jù)和組蛋白修飾的分布模式，發(fā)現(xiàn)在轉(zhuǎn)錄起始位點上游存在的核小體缺失區(qū)，有利于轉(zhuǎn)錄因子與DNA結(jié)合。G-四鏈體結(jié)構(gòu)是富含鳥嘌呤的DNA或RNA分子通過氫鍵配對形成的空間結(jié)構(gòu)。通過熒光標記或序列分析等方法，發(fā)現(xiàn)G-四鏈體結(jié)構(gòu)廣泛存在于基因組端粒區(qū)、啟動子區(qū)和5'UTR區(qū)，并參與基因復

2、制與重組、端粒延伸、基因表達調(diào)控等生物學過程。目前，對G-四鏈體的研究大多數(shù)是利用序列模體進行分析的，由于細胞內(nèi)G-四鏈體和核小體都是動態(tài)變化的，僅通過序列特征分析并不能反映真實生物環(huán)境下的G-四鏈體存在情況以及G-四鏈體與核小體相互作用關(guān)系。隨著高通量測序技術(shù)高速發(fā)展，我們獲得了全基因組水平G-四鏈體測序數(shù)據(jù)，我們將G-四鏈體與核小體定位、組蛋白修飾、染色質(zhì)三維構(gòu)象結(jié)合起來，系統(tǒng)分析它們在基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控中發(fā)揮的協(xié)同作用。
　　我們

3、分析了全基因組水平G-四鏈體與核小體及表觀遺傳修飾的相互關(guān)系。首先探究G-四鏈體的分布特征，發(fā)現(xiàn)G-四鏈體主要形成在基因組上染色質(zhì)開放的區(qū)域，另外在基因的關(guān)鍵調(diào)控元件顯著富集，例如啟動子、5'UTR、剪切位點等，說明G-四鏈體在基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控中發(fā)揮重要作用。隨后分析了G-四鏈體與核小體定位在全基因組水平宏觀的相互關(guān)系，發(fā)現(xiàn)G-四鏈體和核小體表現(xiàn)出競爭關(guān)系，在穩(wěn)定的G-四鏈體形成時核小體發(fā)生缺失，穩(wěn)定性較差的G-四鏈體存在的位點通常存在清晰

4、核小體定位。同時分析了組蛋白修飾和G-四鏈體結(jié)構(gòu)的相互關(guān)系，發(fā)現(xiàn)G-四鏈體對激活性質(zhì)的組蛋白修飾(H3K4me3、H3K27ac)存在較強的招募作用，對抑制作用的組蛋白修飾(H3K27me3)存在一定的排斥作用。G-四鏈體結(jié)構(gòu)形成的區(qū)域是富含CpG位點的，發(fā)現(xiàn)這些位點發(fā)生甲基化的比例降低，說明G-四鏈體是抑制DNA甲基化的。
　　根據(jù)G-四鏈體在基因轉(zhuǎn)錄起始位點附近的差異分布，我們研究了G-四鏈體、核小體定位、組蛋白修飾水平對基因

5、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控作用。發(fā)現(xiàn)在TSS上游的啟動子區(qū)，位于編碼鏈的G-四鏈體結(jié)構(gòu)有助于排斥DNA和組蛋白結(jié)合形成核小體，使得轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點暴露出來;位于模板鏈的G-四鏈體結(jié)構(gòu)有可能招募轉(zhuǎn)錄因子與之結(jié)合促進基因表達;而在TSS下游，位于編碼鏈上的G-四鏈體結(jié)構(gòu)有助于維持DNA解旋狀態(tài)，顯著促進基因表達;形成于模板鏈上的G-四鏈體會阻礙RNA聚合酶Ⅱ，抑制基因表達，由此我們提出了G-四鏈體介導的轉(zhuǎn)錄調(diào)控模型。
　　我們進一步分析了G-四鏈

6、體結(jié)構(gòu)與染色質(zhì)構(gòu)象之間的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)G-四鏈體結(jié)構(gòu)傾向于分布在染色質(zhì)結(jié)構(gòu)域的邊界。在染色質(zhì)拓撲關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)域(TAD)內(nèi)部染色質(zhì)通常緊密凝縮，不利于G-四鏈體形成，在TAD邊界區(qū)域通常富集增強子、沉默子、啟動子等基因調(diào)控元件，說明了G-四鏈體結(jié)構(gòu)富集在與基因表達調(diào)控相關(guān)的活躍的染色質(zhì)區(qū)域。此外還發(fā)現(xiàn)了G-四鏈體富集在染色質(zhì)環(huán)的頸部，說明了G-四鏈體結(jié)構(gòu)參與調(diào)控染色質(zhì)遠距離空間構(gòu)象變化。
　　綜上所述，G-四鏈體結(jié)構(gòu)會影響局部核小體定位和