5.8: 核小体重塑

核小体是染色质压缩的基本单位。每个核小体都由紧紧结合在组蛋白核心上的 DNA 组成，这使得 DNA 结合蛋白（如 DNA 聚合酶和 RNA 聚合酶）无法接近。因此，根本问题是确保在适当的时候获得 DNA，尽管染色质结构紧凑且具有保护性。

核小体重塑复合物

真核细胞具有称为 ATP 依赖性核小体重塑酶的特殊酶。这些酶与组蛋白和伤口的 DNA 结合，可以促进核小体滑动 – DNA 相对于组蛋白核心被推动的过程，或部分或完全组蛋白核心替代，改变核小体的组成并间接影响染色质折叠。最著名的重塑复合物之一是 Swi/Snf，最初在酵母中发现。

作用机制

提出了两种模型来解释核小体滑动 – Twist diffusion 和 Loop/bulge propagation。这两个模型都表明 DNA 扭曲在核小体表面传播。

Twist 扩散模型

根据该模型，单个碱基对在连接的 DNA 和包裹在组蛋白核心周围的 DNA 之间转移。这种碱基变化导致核小体 DNA 扭曲或解扭曲，以适应碱基对的获得/损失。然后，扭曲缺陷在核小体周围从一个 DNA 片段传播到下一个 DNA 片段，这个过程称为扭曲扩散。以这种方式，组蛋白八聚体会随着 DNA 的扭曲大小而移动。

Loop/Bulge 模型

根据该模型，来自接头区域的 DNA 围绕核小体瞬时移动，形成凸起/环。然后，该环绕过组蛋白，产生或破坏组蛋白-DNA 相互作用。这样，核小体核心在 DNA 链上滑动，暴露 DNA 区域进行遗传活动。

鉴于染色质折叠的复杂性，上述两种模型可能共存。但是，存在两个模型都没有解释的具体问题，这表明实际过程可能更加复杂。例如，在滑动过程中如何实现持续合成能力？改造综合体的每个元素如何参与这个过程？重塑者如何与组蛋白伴侣合作？

核小体重塑 ATP 酶参与多种遗传机制，例如发育基因表达、响应环境线索的快速转录、基因组复制、DNA 损伤监测和修复。

核小体重塑复合物中的缺陷会产生广泛的后果。在胚胎发育过程中，核小体重塑失败会影响活力，并导致形态缺陷。它还可能导致 DNA 修复问题，从而导致基因组不稳定和癌症。