JoVE Core
Molecular Biology
Chapter 5: DNA and Chromosome Structure
5.11:
位置效果杂色
1928 年,德国植物学家 Emil Heitz 用 DNA 结合染料观察了苔藓核。他观察到,虽然一些染色质区域在间期核中解聚并扩散,但其他区域则不会。他分别将它们称为常染色质和异染色质。他提出异染色质区域反映了基因组的功能失活状态。后来证实异染色质是转录抑制的,而常染色质是转录活性的染色质。
常染色质和异染色质的区别
常染色质是一个轻度染色、基因丰富且松散结合的染色质区域。它通常分散在细胞核中。常染色质的组蛋白被广泛乙酰化,这允许松散的染色质压缩。
相比之下,异染色质是一种深色染色、重复序列丰富、基因贫乏且致密的染色质。它主要出现在核外围,通常为团块。异染色质的组蛋白被甲基化,从而形成紧凑的染色质结构。
位置-效应杂色
染色体重排可能将常染色质基因定位在异染色质旁边。这种基因重排可以通过放置在异染色质附近而不是基因本身的变化来导致基因沉默。这种现象称为”位置效应杂色 (PEV)”。因此,并列基因在一些通常活跃的细胞中变得沉默,从而导致杂色表型。PEV 现象在果蝇中得到了很好的研究。
异染色质的形成取决于组蛋白 H3 甲基化,然后与非组蛋白(如异染色质蛋白 1 或 HP1)的结合。通常,异染色质和常染色质由具有许多重复序列丰富的区域的缓冲区分隔。PEV 表明异染色质一旦形成,就可以扩散到缓冲区域之外进入相邻的染色质。在人类中,HUSH 复合物甲基化组蛋白并有助于异染色质的扩散,从而产生位置效应杂色。
在真核细胞中,DNA 与各种蛋白质结合形成一种紧密堆积、高度浓缩的结构,称为染色质。染色质分为两种类型,具体取决于压缩程度。
异染色质集中在着丝粒和端粒中,高度浓缩、基因贫乏且不常转录成 RNA。
相比之下,构成染色体材料大部分的常染色质浓缩程度较低、基因丰富且转录活跃。
异染色质和常染色质通过屏障 DNA 序列分离。这些序列阻止了异染色质的扩散并维持了稳定的基因表达模式。
在 DNA 重排事件(例如转座)期间,一段常染色质可以在异染色质区域附近易位,而没有任何相邻的 DNA 屏障序列。
在这种情况下,通常活跃的基因被”沉默”或”失活”。这种现象被称为”位置效应”。
例如,在果蝇中,红眼颜色由”白色”基因编码。偶尔,”白色”会移动到异染色质区域附近,两者之间没有任何 DNA 屏障序列。
当果蝇遗传这种基因型时,在异染色质首次形成的早期胚胎阶段,屏障 DNA 的缺失使异染色质扩散到邻近的常染色质中。
然而,在不同的胚胎细胞中,扩散的程度不同。异染色质扩散的这种变化产生的细胞表现出两种不同的表型 – 一种积极表达”白色”基因,而其他不表达
一旦建立,该细胞的所有后代都会继承这种状态。这导致成年果蝇的眼睛出现斑驳或马赛克。
这种表型杂色是由染色体内”白色”基因位置变化介导的基因沉默引起的,称为”位置效应杂色”。
这种现象最初在果蝇中建立,现在已经在许多真核生物中观察到,包括酵母、植物和人类。
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