第11章細(xì)胞核與染色質(zhì)本章主要內(nèi)容核被膜染色質(zhì)染色質(zhì)的復(fù)制與表達(dá)染色體核仁與核體核基質(zhì)第一節(jié)核被膜/~djohnso2/44962/405/nucleus.html一、核膜/content/318/5855/1408/F1.large.jpg（一）核膜結(jié)構(gòu)（二）核膜的崩解與組裝Breakdownandreformationofnuclearenvelopeduringmitosis二、核孔復(fù)合體（一）結(jié)構(gòu)模型——“fish-trap”胞質(zhì)環(huán)（cytoplasmicring）核質(zhì)環(huán)（nuclearring）輻（spoke）：柱狀亞單位；腔內(nèi)亞單位；環(huán)帶亞單位中央栓（centralplug），中央顆粒（centralgranule）（二）組成成分NatureReviewsMolecularCellBiology11,490-501(July2010)|doi:10.1038/nrm2928核孔蛋白（nucleoporin，Nup）核孔蛋白（nucleoporin，Nup）Gp210：結(jié)構(gòu)性跨膜蛋白介導(dǎo)NPC與核被膜連接在內(nèi)、外核膜融合形成核孔中起重要作用在核質(zhì)交換中起作用p62：功能性Nup疏水性N端區(qū)：具有FXFG重復(fù)序列C端區(qū)：具有疏水性的7肽重復(fù)序列http://npd.hgu.mrc.ac.uk/user/?page=nuc_pore（三）核孔復(fù)合體的功能雙功能、雙向性的親水性核質(zhì)交換通道PassivetransportActivetransportSignalBidirectionaltraffic通過核孔復(fù)合體的物質(zhì)運(yùn)輸1．通過核孔復(fù)合體的被動(dòng)擴(kuò)散<10nm直徑9-10nm2．核孔復(fù)合體的主動(dòng)運(yùn)輸入核是否由分子大小決定呢？爪蟾卵母細(xì)胞核質(zhì)蛋白注射實(shí)驗(yàn)（1）核質(zhì)蛋白哪部分負(fù)責(zé)其在核內(nèi)定位？該實(shí)驗(yàn)如何證明其入核是由核定位信號指導(dǎo)的主動(dòng)運(yùn)輸，而不是被動(dòng)擴(kuò)散？爪蟾卵母細(xì)胞核質(zhì)蛋白注射實(shí)驗(yàn)（1）信號與Ran蛋白核定位信號（NLS）：引導(dǎo)蛋白進(jìn)入細(xì)胞核，受體為importin，4-8個(gè)氨基酸組成，含Pro、Lys和Arg。完成核輸入后不被切除第一個(gè)被確定的NLS是病毒SV40的T抗原，其NLS為：Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val核輸出信號（NES），引導(dǎo)RNP輸出細(xì)胞核，受體為exportinRan蛋白，屬G蛋白，調(diào)節(jié)貨物復(fù)合體的解體或形成NuclearlocalizationsignalsWild-type:T-antigeninnucleusMutant-type:T-antigenincytosolFigure12-11MolecularBiologyoftheCell(?GarlandScience2008)NLSofSV40’sT-antigenNormalpyruvatekinase:incytosolChimericpyruvatekinasecontainingSV40NLS:innucleusNuclearlocalizationsignals2．核孔復(fù)合體的主動(dòng)運(yùn)輸對運(yùn)輸顆粒大小的限制信號識別與載體介導(dǎo)需要消耗ATP能量具有雙向性，即核輸入與核輸出RanGTP/GDPNPCmediatesbidirectionalnucleocytoplasmictraffickingScience30November2007:Vol.318no.5855pp.1412-1416親核蛋白通過核孔復(fù)合體的轉(zhuǎn)運(yùn)三、核纖層3種核纖層蛋白：laminA、B、C核纖層蛋白本身形成纖維狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)核纖層蛋白Genes&Dev.2008.22:832-853核纖層的功能nuclearlamina結(jié)構(gòu)支撐功能調(diào)節(jié)基因表達(dá)調(diào)節(jié)DNA修復(fù)與細(xì)胞周期有關(guān)/wiki/Nuclear_laminaHutchinson-GilfordProgeriaSyndrome(HGPS)InHGPSpatientsthecellnucleushasdramaticallyaberrantmorphology(bottom,right)ratherthantheuniformshapetypicallyfoundinhealthyindividuals(top,right)第二節(jié)染色質(zhì)間期細(xì)胞核內(nèi)由DNA、組蛋白、非組蛋白及少量RNA

組成的線性復(fù)合結(jié)構(gòu)一、染色質(zhì)DNA染色質(zhì)和染色體是在細(xì)胞周期不同階段可以互相轉(zhuǎn)變的形態(tài)結(jié)構(gòu)（一）基因組大小比較Figure1-37MolecularBiologyoftheCell,FifthEdition(?GarlandScience2008)（二）基因組DNA類型ClassificationofeukaryoticDNA/books/NBK21791/DNA3種構(gòu)型二、染色質(zhì)蛋白組蛋白（histone）與DNA結(jié)合沒有序列特異性非組蛋白（nonhistone）與特定DNA序列或組蛋白相結(jié)合NatureReviewsNephrology6,332-341(June2010)（一）組蛋白屬堿性蛋白質(zhì)，富含帶正電荷的Arg和Lys等堿性氨基酸，可以和酸性DNA緊密結(jié)合，一般不要求特殊核苷酸序列核小體組蛋白H2A、H2B、H3和H4沒有種屬及組織特異性，進(jìn)化上十分保守H1組蛋白有一定的種屬和組織特異性（二）非組蛋白序列特異性DNA結(jié)合蛋白特性多樣性識別DNA具有特異性具有功能多樣性凝膠延滯實(shí)驗(yàn)（gelretardationassay）/courses/biol350/Transcriptome17/Review.html三、核小體（一）核小體的發(fā)現(xiàn)透射電鏡顯示串珠狀11nm的核小體結(jié)構(gòu)Figure4-22MolecularBiologyoftheCell(?GarlandScience2008)（一）核小體的發(fā)現(xiàn)非特異性微球菌核酸酶消化染色質(zhì)（一）核小體的發(fā)現(xiàn)X射線晶體衍射揭示核小體三維結(jié)構(gòu)（一）核小體的發(fā)現(xiàn)SV40微小染色體（minichromosome）分析Virology,2009,384(2):352-359/molecule/sv40/sv40.asp（二）核小體的結(jié)構(gòu)包括200bp左右的DNA超螺旋和一個(gè)組蛋白八聚體以及一個(gè)分子的組蛋白H1組蛋白八聚體構(gòu)成核小體的盤狀核心顆粒，由4個(gè)異二聚體組成，包括兩個(gè)H2A?H2B和兩個(gè)H3?H4（二）核小體的結(jié)構(gòu)146bp166bp200bpLinkerDNA（二）核小體的結(jié)構(gòu)組蛋白與DNA之間的相互作用主要是結(jié)構(gòu)性的，基本不依賴于核苷酸的特異序列核小體沿DNA的定位受不同因素的影響Figure4-27MolecularBiologyoftheCell(?GarlandScience2008)四、染色質(zhì)組裝人體細(xì)胞46條染色體含DNA約6×109bp，總長如何計(jì)算？http://www.chromatintoronto.ca/projects.html（一）染色質(zhì)組裝的前期過程裸露DNA組裝直徑30nm螺線管H3?H4兩個(gè)異二聚體結(jié)合兩個(gè)H2A?H2B異二聚體加入組蛋白的去乙?；?，H1組蛋白結(jié)合伴隨著核小體的折疊6個(gè)核小體組成一個(gè)螺旋進(jìn)一步的折疊事件（二）染色質(zhì)組裝的多級螺旋模型一級結(jié)構(gòu)：核小體二級結(jié)構(gòu)：螺線管三級結(jié)構(gòu)：超螺線管四級結(jié)構(gòu)：染色單體Figure4-72MolecularBiologyoftheCell(?GarlandScience2008)NatureStructural&MolecularBiology12,6(2005)（三）染色質(zhì)組裝的放射環(huán)結(jié)構(gòu)模型/Heidi/chapter12/chp12.htmChromatinhashighlycomplexstructurewithseverallevelsoforganization/scitable/topicpage/eukaryotic-genome-complexity-437CondensationofDNAintochromatinandchromosome五、染色質(zhì)類型常染色質(zhì)（euchromatin）異染色質(zhì)（heterochromatin）結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)或組成型異染色質(zhì)（constitutiveheterochromatin）兼性異染色質(zhì)（facultativeheterochromatin）（一）常染色質(zhì)與異染色質(zhì)/science/article/pii/S1471491411001389BarrBodies:heterochromatinizedX-chromosomesNucleosomearrangementintranscriptionallyinactiveheterochromatinandactiveeuchromatinhttp://www.mun.ca/biology/scarr/Barr_Bodies.html（二）常染色質(zhì)與異染色質(zhì)間的轉(zhuǎn)變異染色質(zhì)或常染色質(zhì)之間隨著發(fā)育時(shí)期或細(xì)胞周期的變化可能相互轉(zhuǎn)化異染色質(zhì)與常染色質(zhì)之間的轉(zhuǎn)變常常需要組蛋白與DNA修飾（三）活性染色質(zhì)與非活性染色質(zhì)活性染色質(zhì)(activechromatin)具有轉(zhuǎn)錄活性具有疏松的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)非活性染色質(zhì)(inactivechromatin)沒有轉(zhuǎn)錄活性1．活性染色質(zhì)對DNaseⅠ超敏感2．活性染色質(zhì)的蛋白組成與修飾變化活性染色質(zhì)很少有組蛋白H1與其結(jié)合與非活性染色質(zhì)相比，活性染色質(zhì)上組蛋白乙?；潭雀吲c非活性染色質(zhì)相比，活性染色質(zhì)核小體組蛋白H2B很少被磷酸化核小體組蛋白H2A在活性染色質(zhì)中很少有變異形式存在組蛋白H3變種H3.3只在活躍轉(zhuǎn)錄的染色質(zhì)中出現(xiàn)HMG14和HMG17只存在于活性染色質(zhì)中，與DNA結(jié)合3．活性染色質(zhì)的蛋白組成與修飾變化活性染色質(zhì)標(biāo)志：H3N端第4個(gè)賴氨酸的甲基化，第9和14個(gè)賴氨酸的乙?；约暗?0個(gè)絲氨酸的磷酸化；非活性染色質(zhì)標(biāo)志：H3N端第9個(gè)賴氨酸甲基化而不是乙?；ㄋ模┤旧|(zhì)活化與基因激活DNA與組蛋白形成復(fù)合物也能轉(zhuǎn)錄1.疏松染色質(zhì)的形成DNA局部結(jié)構(gòu)的改變與核小體相位的影響圖10-172組蛋白的修飾（1）核心組蛋白的賴氨酸殘基乙?；瘓D10-1810-19（2）組蛋白H3的甲基化圖10-20（3）HMG結(jié)構(gòu)域蛋白的影響具有轉(zhuǎn)錄活性的核小體常有HMG14、HMG17存在。第三節(jié)染色質(zhì)的復(fù)制與表達(dá)http://www.scottishchromatin.co.uk/SCG7%20Glasgow%20June%202010/Image1.gif四、染色質(zhì)與表觀遺傳（一）表觀遺傳與遺傳遺傳學(xué)變化通過DNA序列突變實(shí)現(xiàn)的，通過生殖細(xì)胞得以遺傳表觀遺傳變化通過組蛋白和DNA不同修飾實(shí)現(xiàn)，只在體細(xì)胞中出現(xiàn)。CellResearch(2006)16:742–749（二）表觀遺傳的工作模型（三）表觀遺傳的問題表觀遺傳密碼子是什么？表觀遺傳是如何傳代的？表觀遺傳記憶本質(zhì)是什么？生殖細(xì)胞中有沒有表觀遺傳印記來保持它的全能性？非編碼RNA在表觀遺傳調(diào)控中的作用是什么？表觀遺傳如何控制干細(xì)胞的全能或多能性？……第四節(jié)染色體/userfiles/images/chrom_DNA.jpg一、染色體形態(tài)結(jié)構(gòu)由兩條相同的姐妹染色單體（chromatid）構(gòu)成，彼此以著絲粒（centromere）相連根據(jù)著絲粒在染色體上所處的位置，分為4種類型一、染色體形態(tài)結(jié)構(gòu)——著絲粒與動(dòng)粒動(dòng)粒結(jié)構(gòu)域（kinetochoredomain）內(nèi)板（innerplate）中間間隙（middlespace）外板（outerplate）纖維冠（fibrouscorona）中央結(jié)構(gòu)域（centraldomain）配對結(jié)構(gòu)域（pairingdomain）著絲粒與動(dòng)粒一、染色體形態(tài)結(jié)構(gòu)次縊痕核仁組織區(qū)隨體端粒核仁組織區(qū)（nucleolarorganizingregion，NOR）http://www.nenno.it/phaseolus-polytene-chromosomes/norB:SchematicdrawingofacollectingnucleolusmadeupbytheNORsof5chromosomes.C:DrawingofthedifferentformsofcondensationoftheNOR.i:partoftheNORcondensed,andtheotheronedecondensedii:alltheNORcondensedincompactedchromatiniii:alltheNORdecondensedinloosechromatin端粒/2009/10/091005110401-large.jpg端粒/content/123/15/1650.fullstructureoftelomeresNatureReviewsGenetics11,319–330(1May2010)|doi:10.1038/nrg2763a|VertebratetelomerescontainrepetitiveDNAwiththesequence(5′-TTAGGG-3′)n.MostofthisDNAisdouble-strandedapartfromtheterminus,whichconsistsonlyoftheTTAGGG(or'G-rich')strand.b|Thetelomerecanfoldbackonitself,andthesingle-strandedterminuscaninvadeduplextelomericDNA.Thisresultsintheformationofatelomereloop(t-loop).c|TelomericDNAisboundbythesix-subunitshelterincomplex.d,e|Twoshelterinproteins(telomericrepeat-bindingfactor1(TRF1,alsoknownasTERF1)andTRF2(alsoknownasTERF2))binddirectlytodouble-strandedtelomericDNA,andone(protectionoftelomeres1(POT1))bindssingle-strandedtelomericDNAdirectly.POT1,TPP1(alsoknownasACD),TRF1-interactingnuclearprotein2(TIN2,alsoknownasTINF2)andRAP1(alsoknownasTERF2IP)alsointeractindirectlywithdouble-strandedtelomericDNAthroughtheirinteractionswithothershelterinproteins.TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine2009"forthediscoveryofhowchromosomesareprotectedbytelomeresandtheenzymetelomerase"TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine2009TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine2009TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine2009二、染色體的功能元件DNA復(fù)制起點(diǎn)著絲粒端粒（一）自主復(fù)制DNA序列亮氨酸合成酶基因質(zhì)粒（二）著絲粒DNA序列（三）端粒DNA序列端粒酶三、染色體帶型核型(karyotype)是指染色體組在有絲分裂中期的表型，包括染色體數(shù)目、大小、形態(tài)特征的總和核型模式圖(idiogram)將一個(gè)染色體組的全部染色體逐個(gè)按其特征繪制下來,再按長短、形態(tài)等特征排列起來的圖象染色體顯帶技術(shù)經(jīng)物理、化學(xué)因素處理后，再用染料對染色體進(jìn)行分化染色，使其呈現(xiàn)特定的深淺不同帶紋（band）的方法一類是產(chǎn)生的染色帶分布在整個(gè)染色體長度上如：G、Q和R帶，一類是局部性顯帶，它只能使少數(shù)特定區(qū)域顯帶，如C、T和N帶人類細(xì)胞中期染色體顯帶及染色體大小示意圖四、特殊染色體——多線染色體存在于雙翅目昆蟲的幼蟲組織細(xì)胞內(nèi)來源于核內(nèi)有絲分裂多線化的細(xì)胞處于永久間期染色中心四、特殊染色體——多線染色體多線染色體的帶和間帶都含有基因darkly-stainingbands(b)lighterinterbands(ib)/jpkc/2010jpkc/jykc2/content/jxzy/2-12.htm四、特殊染色體——燈刷染色體幾乎普遍存在于動(dòng)物界的卵母細(xì)胞中，其中兩棲類卵母細(xì)胞的燈刷染色體最典型卵母細(xì)胞進(jìn)行減數(shù)分裂第一次分裂時(shí)停留在雙線期的染色體形態(tài)與卵子發(fā)生過程中營養(yǎng)物儲(chǔ)備密切相關(guān)Figure4-54MolecularBiologyoftheCell(?GarlandScience2008)四、特殊染色體——燈刷染色體大部分DNA以染色粒形式存在，沒有轉(zhuǎn)錄活性側(cè)環(huán)是RNA活躍轉(zhuǎn)錄的區(qū)域合成的RNA主要為前體mRNAFigure4-55MolecularBiologyoftheCell(?GarlandScience2008)第五節(jié)核仁與核體Nucleoli（nucleolus的復(fù)數(shù)）

HeLacell,GFP-ribosomalprotein一、核仁的結(jié)構(gòu)纖維中心致密纖維組分顆粒組分一、核仁的結(jié)構(gòu)纖維中心(fibrillarcenters，F(xiàn)C)：是被致密纖維包圍的一個(gè)或幾個(gè)低電子密度的圓形結(jié)構(gòu)，主要成分為RNA聚合酶和rDNA，這些rDNA是裸露的分子致密纖維組分(densefibrillarcomponent，DFC)：呈環(huán)形或半月