基因组信息编码在长链 DNA 上,DNA 折叠成染色质并储存在微小的细胞核中。核染色质是一种带负电荷的聚合物,由 DNA、组蛋白和各种非组蛋白组成。由于其高电荷性质,染色质结构随周围环境(例如阳离子、分子拥挤等)而变化很大。过去 10 年,已经开发出捕获活细胞中染色质的新技术。我们对染色质组织的看法已从规则和静态转变为更加多变和动态。染色质形成许多紧凑的动态区域,它们充当高等真核细胞中基因组的功能单位,局部呈现液体状。通过改变 DNA 的可及性,这些区域可以控制各种功能。基于来自多功能基因组学和先进成像研究的新证据,我们讨论了拥挤的核环境中染色质的物理性质及其调控方式。
近年来,人们越来越清楚地认识到染色体是高度动态的实体。染色质的移动和重排涉及许多生物过程,包括基因调控和基因组稳定性的维持。尽管对酵母和动物系统中的染色质移动性进行了广泛的研究,但直到最近,对植物中染色质移动性的研究还不多。植物要实现正常的生长和发育,就需要对环境刺激做出快速而适当的反应。因此,了解染色质移动性如何支持植物的反应可能会为植物基因组的功能提供深刻的见解。在这篇综述中,我们讨论了与植物染色质移动性相关的最新技术,包括染色质在各种细胞过程中的作用的可用技术。
许多化学疗法药物直接或间接靶向DNA或与DNA相关的过程,例如复制,核苷酸合成或DNA拓扑的维持(Box 1和图1,密钥图)。据信,由于DNA修复缺陷以及有丝分裂细胞无法处理DNA损伤,肿瘤细胞对靶向DNA的药物更敏感。当癌细胞比健康细胞更快时,这会自动诱导治疗窗口[4]。尽管有一部分癌症,例如小儿恶性肿瘤,突变负担低,并且相对完整的DNA修复途径[5,6],这种信念仍然存在。虽然大多数童年癌症可以通过化学疗法有效地治疗[7],但小儿癌症患者通常具有显着缩短的寿命和较低的强烈化学疗法周期的生活质量[8]。
组蛋白翻译后修饰(如甲基化或乙酰化)的动态特性使得通过操纵相关的表观遗传机制来改变与疾病相关的表观遗传状态成为可能。一种方法是通过小分子扰动。表观遗传读取域的化学探针对于提高我们对调节其靶标的生物学后果的理解至关重要,同时也使得开发新的基于探针的试剂成为可能。通过在读取域探针上附加功能句柄,可以创建试剂的化学工具箱,以促进表观遗传复合物的化学沉淀,评估探针选择性,开发体外筛选试验,可视化细胞靶标定位,实现靶标降解并以高度可控的方式将表观遗传机制招募到基因组内的某个位置。
最近的研究表明,与健康对照1、2的B细胞相比,与慢性淋巴细胞性白血病患者(CLL)衍生的克隆B细胞已改变了组蛋白修饰景观。我们还表明,BCR信号通路会影响CLL B细胞3、4的染色质景观,这意味着CLL中的致癌信号传导和表观遗传机械之间的相互作用。然而,CLL中的大多数染色质研究集中于与癌基因表达相关的活性增强子。对CLL中丢失的增强剂的了解非常有限:1)丢失增强剂的功能是什么; 2)这些丢失的增强剂如何在CLL中保持; 3)在CLL的前体状态,单克隆B细胞淋巴细胞增多(MBL)的前体状态下可以检测到这些丢失的增强子; 4)如果这种异常的染色质签名受CLL治疗影响。
摘要:基于 CRISPR 的表观基因组编辑使用 dCas9 作为平台,在选定的位点招募转录或染色质调节因子。尽管最近取得了进展,但这些方法在体内研究染色质功能方面的全部潜力仍然难以充分发挥。在这篇综述中,我们讨论了植物和动物的最新进展如何为研究染色质调节因子的功能提供了新途径,并解决了通常相互关联的相关调节的复杂性。虽然已经开发出有效的转录工程方法,并且可以用作改变位点染色质状态的工具,但在植物中直接操纵染色质调节因子的例子仍然很少。这些报告还揭示了表观基因组工程方法的缺陷和局限性,但它们仍然具有参考价值,因为它们通常与位点和上下文相关的特征有关,包括 DNA 可及性、初始染色质和转录状态或细胞动力学。重点介绍了不同生物体为克服甚至利用这些局限性而实施的策略,这将进一步提高我们建立染色质动力学对基因组调控的因果关系和层次结构的能力。
我们对组蛋白修饰的调节和功能的理解自1960年代中期首次报道以来已经有了很长的路要走。也是如此,我们对DNA甲基化,组蛋白变体,核小体位置和排列的重要性以及逐渐影响DNA检测过程发生的高阶结构的重要性。最近的进步甚至允许从端粒到端粒的单个染色体的第一个完整的测序和表观基因组学纤维,包括以前对分析难治性的高度重复性区域。染色质组织在基因转录,DNA复制,重组和修复方面的调节能力是无可争议的。仍然,一个持续的挑战是了解影响细胞和组织(无处不在)过程以及每种变化如何影响他人的全部变化(所有事物)。