基因组四链体DNA与染色质状态关联分析文献综述

 2022-11-03 21:54:36

文献综述(或调研报告):

引言

G-四链体(G-quadruplex,以下简称G4)形成于单链DNA或者RNA富含鸟嘌呤(G)的区域。G4结构多富集于端粒、高转录水平的启动子和5rsquo;UTR区,在基因表达调控方面发挥着重要作用[1]。G4作为特殊的基因组DNA二级结构,近年来得到了广泛的关注和深入的研究,该综述主要介绍近年来G4结构与基因组表达调控(如甲基化、染色质开放状态等)间的关联研究。

G4基序与G-四链体结构

G4基序是一条能够形成四链体结构的序列。G4序列由其它核苷酸分隔的四个相邻的鸟嘌呤片段组成:Gge;3N1–7Gge;3N1–7Gge;3N1–7Gge;3,其中“N”表示碱基“ATCGU”中的一个,“x”是从1到7的整数;序列中的四组鸟嘌呤重复片段之间形成氢键组成G-四分体,G-四分体是平面的,通过与一价阳离子(尤其是K )电荷配位而稳定;三层或更多的G-四分体相互堆积进一步形成三维空间结构的G-四链体。G4结构具有多态性,可能由单核酸链形成,也可能有多条核酸链参与,核酸链的方向和转角也是具有多种模式的。G4基序可能成为G-四链体结构,因此也将其称为PG4(potential G-quadruplex)[2]。但能够形成四链体结构的系列并非完全符合G4序列通式,或遵循G4序列通式的序列并不形成G4结构。因此要判断序列是否真的可以形成四链体结构,现阶段还需要使用生物实验的方法进行验证。

剑桥大学Balasubramanian团队通过高通量测序测得可以形成体外G4的序列,称为observed G4 sequence(OQ)[11]。但体外形成的G4是否能够在体内形成,目前还需要通过G4体内检测技术检测才能确定。

G4-DNA与染色质开放状态

核小体:染色质结构的基本单位为核小体,核小体由DNA和H1、H2A、H2B、H3和H4等5种组蛋白构成,两分子的H2A、H2B、H3和H4形成一个组蛋白八聚体,每个核小体由147bp的DNA缠绕组蛋白八聚体形成。核小体核心颗粒之间通过50bp左右的连接DNA相连。核小体经过逐步的压缩折叠最终形成染色体高级结构。核小体具有多个重要的功能,除了基因调控外,还包括复制、重组和修复等[2]。

寻找开放染色质(open chromatin):染色质分为常染色质和异染色质,在结构上异染色质折叠压缩程度高,常染色质折叠压缩程度低,处于伸展状态;DNA复制,基因转录都发生在DNA的致密高级结构变为松散的状态;这部分打开的染色质,就叫开放染色质(open chromatin)。打开的染色质,就有足够的区域允许一些调控蛋白(比如转录因子和辅因子)过来与之相结合。染色质的这种特性,就叫做染色质的可接近性(chromatin accessibility)。

传统使用的的实验方法主要有MNase-seq和DNase-seq ,这两种实验方法的主要思路是:开放的染色质意味着DNA和组蛋白的聚集程度降低,就会有一部分DNA暴露出来。一旦失去了蛋白质的保护,这部分DNA就可以被DNA酶(MNase或DNase I)所切割。再对切割完的DNA进行测序,和已知的全基因组序列相比较,就能发现被切割的是哪些序列,从而获得开放的染色质区域。但这两个方法有明显的缺陷,耗时费力、重复性差。

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