第三章染色質染色體與染色質常染色質與異染色質染色體單線性染色質的分子組成核小體的結構常染色質基因表達的分子基礎異染色質形成的分子機制染色質的非組蛋白框架微生物的類染色質染色質的復制與轉錄染色體端粒3.1染色體與染色質---遺傳物質的兩種形式

染色體與染色質是在細胞周期的不同時期中存在的統一物質的兩種形式。在細胞間期以伸展狀態的染色質形態存在，染色質纖維的直徑10~30nm；在細胞中期折疊壓縮稱為短粗的染色體形態，直徑可達到1μm。所以我們在細胞周期只能看到染色質，在中期則只能看到染色體。染色質染色體（間期）（中期）濃縮去濃縮（線性，網絡結構）（條狀，棒狀，顯微鏡下可見）染色質（Chromatin）染色質是間期細胞核內伸展開的DNA-蛋白質纖維，由核小體為基本單位構成的。H1多個核小體染色體（Chromosome）染色體是細胞分裂期由染色質高度凝集而形成的一種棒狀結構。DNA核小體螺線管結構超螺旋管染色單體壓縮至1/7壓縮至1/6壓縮至1/40壓縮至1/5DNA繞組蛋白6個核小體圍成一圈螺旋螺線管進一步螺旋化超螺旋管進一步盤繞和壓縮7×6×40×5=8400染色體DNA核小體核小體纖維環梅花結盤染色體染色體數目是生物物種的特征性標志之一染色體上不同的區域Euchromatin:常染色質；Heterochromatin:異染色質E->H或H->E稱為染色質重塑(ChromatinRemodeling)分子機理：DNA甲基化，組蛋白修飾，染色質重塑復合物的協同作用。3.2常染色質與異染色質---染色體的兩種功能狀態染色體常染色質：易與DNA結合因子接近，基因組的轉錄活性部分。異染色質：不易與DNA結合因子接近，轉錄沉默部分。染色質及高級組織形式的染色體結構在真核DNA生物學各方面，從基因表達到染色體行為都起著重要作用。染色質的調控是局部作用（基因）與整體作用（染色質）相伴進行。這兩方面都是以核小體為作用單位。常染色質與異染色質1.常染色質：基因表達活躍的區域，染色體結構較為疏松

2.異染色質：基因表達沉默的區域，染色體結構致密常染色質異染色質核小體

在細胞核中，DNA與組蛋白組裝核小體，DNA圍繞組蛋白八聚體（1*3/4）。組蛋白的氨基末端含有多樣的翻譯后修飾，其中最顯著的是H3和H4的賴氨酸（K）的高度保守的氨基末端的乙酰化與甲基化。乙酰化增強總是伴隨轉錄活性的加大，反之轉錄活性抑制。真核細胞的DNA形成不同的結構域，常染色質與異染色質，以便進行基因表達和染色體行為的調控。后成遺傳的異染色質構成了染色體的大部分區域，并為染色體的分離行為所必需。染色質高級結構的調節直接伴隨著基因表達的調控及真核生物遺傳信息的完整性，而且可能是基因、染色體、基因組和生物體的起源于與進化的主要力量。染色體單線性每條染色單體自始至終僅含一條連續的DNA雙螺旋鏈，這種現象稱為染色體的單線性。如：蠑螈燈刷染色體中每條染色單體的主體是一條聯系不斷的DNA雙螺旋鏈。兩棲類卵母細胞第一次減數分裂的雙線期，兩條同源染色體配對，而每條染色體已經分裂為兩條染色單體。兩條姐妹染色單體沿縱長壓縮折疊為成串的珠狀結構稱為染色粒，每顆染色粒實際上能分解為兩個并排的染色小點，姐妹染色粒。它們各向兩側伸出兩個外觀相同的側環。每條染色體中的全部DNA含量實際上是一個DNA分子的相對的分子量。染色質的分子組成染色質：是細胞間期核內伸展開的DNA蛋白質纖維。基本單位：核小體。

NDA：組蛋白：非組蛋白：RNA=100:114:33:7染色質DNA，RNA蛋白質組蛋白：H1、H2A、H2B、H3、H4非組蛋白染色質染色體螺旋化（分裂間期）（分裂期）DNAPacking1.如何將10,000公里長的蠶絲(半徑~10-5米)裝入一個籃球中。2.蠶絲的體積：3.14*10-3m33.折疊、纏繞…核小體的結構核心顆粒、連接區DNAH2A、H2B、H3、H4各兩分子組成的八聚體和由大約200bp的DNA組成。而H1位于核小體的外側。（1個）組蛋白與核小體染色體的結構模型貝克等(Bak,A.L.,1977)：染色體四級結構模型理論能夠在一定程度上解釋染色質狀態轉化的過程

1.DNA+組蛋白核小體+連接絲2.核小體 螺線體(solenoid)3.螺線體 超螺線體(super-solenoid)4.超螺線體 染色體DNA+組蛋白

核小體+連接絲核小體+連接絲

螺線體(solenoid)螺線體

超螺線體

(super-solenoid)超螺線體

染色體DNA的組裝6.8:140:11000:18000:1DNAdoublehelixNucleosome(10nmfiber)30nmFiberLoopsILoopsIIchromosome7:142:11680:18400:1染色體形成過程中長度與寬度的變化B-DNA與Z-DNAZ-DNA的發現：

1972年Pohletal。發現poly(dG-dC）在高鹽下旋光性發生改變；

1979年WangA.H-J（王惠君），A.Rich對d(CGCGCG）單晶作X衍射分析提出Z-DNA模型。Z-DNA的結構特點：糖磷骨架呈“之”字形走向。左旋DNA。螺距延長(4.5nm左右)，直徑變小(1.8nm)，

每個螺旋含12個堿基對，比A-DNA擰得更緊。

G的糖苷鍵呈順式，使G殘基位于分子表面。分子外形呈波形。大溝消失，小溝窄而深。每個螺旋有12bp。ABZZ-DNA存在的條件：高鹽：NaCl>2Mol/L,MgCl2>0.7Mol/L

Pu,Py相間排列在活細胞中如果m5C，則無需嘌呤-嘧啶相間排列，在生理鹽水的濃度下可產生Z型在體內多胺化合物，如精胺和亞胺及亞精胺和陽離子一樣，可和磷酸基團結合，使B-DNA轉變成Z-DNA

某些蛋白質如Z-DNA結合蛋白質帶有正電荷，可使DNA周圍形成局部的高鹽濃度和微環境。負超螺旋的存在。各種類型DNA的主要參數Z-DNA的發現：

與染色質結構的關系

SV40病毒DNA能在宿主細胞內形成微小染色體，具有典型的核小體結構。處于轉錄。活性狀態的染色質，其核小體構型發生變化并對DNaseI敏感利用抗Z-DNA的抗體對SV40微小染色體的研究表明，有些敏感位點正處于Z-DNA區段的兩端，亦即B-DNA與Z-DNA兩種構想的交接處，而且SV40基因組中3個潛在的Z-DNA區段正處于不能形成核小體的區段，說明Z-DNA構象與核小體結構的形成可能有關。Z-DNA的發現：

與基因活性的關系

SV40病毒DNA與Z-DNA抗體結合的三個位點恰好在增強子的區域或邊緣，細胞學的觀察也證明Z-DNA構象與基因轉錄活性的調控有關。原生動物棘尾蟲處于轉錄狀態的大核內的染色質能與Z-DNA抗體起明顯的反應，而處于靜止狀態的小核則不能與Z-DNA抗體反應、認為，在一定的基因控制區，存在一類可能形成Z-DNA構象的序列，當與Z-DNA結合蛋白相結合，或有關堿基受到修飾（如甲基化），或DNA負超螺旋結構發生等情況下，該類序列就會由B-DNA轉變成Z-DNA構象，于是相關區域的染色質結構發生改變，使有關基因處于活躍的轉錄狀態。染色質RNA

染色質含有RNA是無疑的，約占DNA的3%，但是否是染色質的固有成分，還是轉錄或分離過程中RNA的污染？

Huang和Bonner（1965）在豌豆芽染色質中發現有與組蛋白相復合的RNA，稱為染色體RNA。其后，在鼠肝、雞胚及小妞胸腺的染色質中均有發現。這種RNA與rRNA及tRNA不同，其主鏈長40-60bp，沉降系數為3.2S。二氫嘧啶的含量高達11.3%，而tRNA僅為3.1%，rRNA則在1%以下。這種RNA能與同源的DNA高度雜交，且不與tRNA及rRNA競爭。說明這種RNA是獨特的，有組織特異性的。

Bonner(1968)推測這種染色質RNA可能是等價的與非組蛋白結合，然后通過非組蛋白以非共價的方式結合到組蛋白上，起到調節基因表達的作用。

Huang等（1972）的染色質重建實驗，證實了染色質RNA對基因的調控作用。驗證染色質RNA的作用：用10-4M的Zn（NO3)2在37℃下處理解離了的染色質20小時，結果發現重建后的染色質失去了它固有的轉錄活性。因為Zn（NO3)2能在各種鹽的條件，只水解RNA，對DNA和蛋白質無作用。從而說明了RNA對染色質轉錄特異性的作用。用RNase代替硝酸鋅重復上述實驗，也得到類似的結果。否認或懷疑染色質RNA的存在主要原因是中心法則規定RNA僅僅是一種遺傳信息，因此就看不出染色質RNA的存在有什么必要。近年來發現RNA并不單純是一種信使或模板，而且具有酶的活性。

Cech等（1982）報道，四膜蟲的核糖體RNA前提具有自我催化的酶活性。這種Per-rRNA在沒有任何蛋白質及ATP的情況下，能自我催化剪接、環化等反應，成為成熟的rRNA。Cech等把這種RNA命名為Ribozyme，以區別僅由蛋白質構成的酶（enzyme）。這種RNA類型的酶除上述的Per-rRNA外，還發現一些由蛋白質與RNA復合構成的酶，如核糖核酸酶P。能催化tRNA分子5’端成熟。且單獨RNA組分就能催化tRNA分子5’端成熟。組蛋白的種類與特點組蛋白是富含賴氨酸與精氨酸的堿性蛋白質，相對分子量10000—20000。

N端多為堿性氨基酸，帶正電荷，與DNA鏈的負電荷結合。

C端與其他組蛋白、非組蛋白或DNA的疏水區結合。組蛋白H1組蛋白H1的特點：堿性氨基酸多集中于多肽鏈的C端，而N端區含有較多的酸性氨基酸。H1有四種類型（H10，H11，H12，H13），氨基酸序列不同。組蛋白H1與其他四種組蛋白不同，前者在胚胎較晚時期出現。而后者在胚胎早期同時出現，其氨基酸序列在不同生物中幾乎保持不變。而H1不僅在不同生物鐘，即使在同一機體中，它的類型也不同。同一機體不同組織中H1的差異暗示了它對形狀的表現型有作用。組蛋白H1的結構：氨基端（N，酸性區）中央區（無極性，疏水）羧基區（C，堿性區）在溶液中，HI中央區段是疏水的，折疊為球狀結構，其序列高度保守，堿性的羧基區是隨機性的卷曲狀態，氨基端的酸性區段也呈卷曲狀態。羧基區域與DNA的結合很強烈，中央區結合較弱，它主要是與非組蛋白結合并與其他四種組蛋白相作用，可導致染色質的螺旋化，產生高級結構。氨基端的堿性區也附著于DNA連接絲，起交聯核小體作用。（3）組蛋白H1的作用Renz等（1977）在電鏡下觀察到直徑200?的染色質二級結構含有6-10個核小體的球狀結節的纖維。以0.5MNaCl溶液從染色質上選擇性地除掉H1后，則球狀結構解開，在核小體之間可看到約35bp的DNA連結絲，這說明H1在維持染色質高級結構的方面有重要作用。H1的成分及含量與染色質的高級結構有關，并能影響基因的調控。丁酸在抑制細胞分離，誘發細胞分化的同時出現了H10，說明H10與基因活動有關。（4）組蛋白H1的作用組蛋白H1與DNA的作用方式可分為三種：1）R方式：H1的C端錨定在DNA分子上。不同類型H1的N端以不同的角度與DNA結合使不同長度的DNA暴露并容易受到酶的作用（如解旋酶、多聚酶、限制酶等）。提供了調節染色質活動速率的一種途徑。2）D方式：特點是H1的N端折回疏水區，使DNA發生各種程度的偏斜、折疊、更易受到酶的作用。（4）組蛋白H1的作用組蛋白H1與DNA的作用方式可分為三種：3）C方式：與非組蛋白選擇性的結合，在DNA鏈上形成一個突起-----鏈內敏感構件（ITS）。H1的作用方式證明它在染色質的結構及機能上有重要作用。組蛋白H5

Neelin和Butter（1961）報道，H5僅存在于雞、鴨、鴿子、鵝、海鷗、火雞、孔雀等幾種鳥類的網織紅細胞中，而在骨髓、脾、肝等組織中則沒有。H5MW為23000,197Aa組成。像H1一樣，H5存在于核粒之外并優先于富含AT堿基對的DNA結合。在染色質結構中扮演與H1一樣的角色。

H5對DNA的模板活性有抑制作用。如，用聚苯乙烯磺酸鹽處理雞的紅細胞，H5首先被除掉，使染色質松懈，則激活了RNA轉錄。染色質的非組蛋白細胞核中另一類重要蛋白質—非組蛋白（NHP）

包括：核膜酸性蛋白（8%）核仁酸性蛋白（19%）不均一蛋白（HnRNP，30%）組織專一性蛋白（10%）以及染色質非組蛋白（NHC，40%），是染色質中的一類重要蛋白，可達500余種，MW15000---100000Da.(1)染色體框架蛋白：Hela細胞中期染色體去除組蛋白后，在電鏡下仍能看到維持中期染色體基本形狀的支架。支架由DNA和少量的蛋白質組成，形成DNAloop。用內切酶或外切酶處理果蠅的去組蛋白的染色體框架，可見DNA環大部分被消化，但仍有特異的DNA序列與支架結合。

框架上的DNA可以用DNase消化掉而對支架的整體性沒有影響，支架是由非組蛋白構成。這些非組蛋白對中期染色體的結構起穩定作用。(2)染色體的高移動蛋白：是一組染色體蛋白。分為三類：1）HMG1/2：HMG1和HMG2是相關蛋白，MW25-30kDa。可能在DNA的重組、修復及復制中起作用。對RNA轉錄酶II、III的轉錄作用起激活作用；并激活UBF/MLTF對DNA的結合。2)HMG14/17:HMG14和HMG17是一類小分子，MW10kDa。HMG14/17結合于活性基因的下游而不是上游的轉錄起始部位。實驗證明HMG14/17與活性轉錄基因的結合是與非活性基因的結合的1.5-2.5倍。因此，HMG14/17的生物學功能有待進一步研究。3)HMGI/Y:是一類小分子蛋白，MW=11kDa。二者的區別僅僅是HMGY在第11位氨基酸處有一缺失，而HMGI則無。此類蛋白因為能結合富AT的a衛星DNA而被稱為a蛋白質。HMGI在哺乳動物中期染色體中是結合于富AT重復序列的著絲粒和端粒。因此，HMGI/Y可能是一類與異染色質中AT序列結合的蛋白質，可能參與基因調控。3)染色質的其他非組蛋白:另一類是磷蛋白，位于核小體的連接絲DNA區域，它通過識別特定的DNA序列與DNA親和，有強烈的種屬專一性，NHP磷蛋白能促進RNA轉錄，而和H1及DNA的結合方式仍不清楚。

歸納起來，非組蛋白具有以下特點：

1）組織特異性---不同物種其非組蛋白不同，不同組織液具有其專一性的非組蛋白，說明它與基因的選擇性表達有關；

2）對轉錄作用的專一性---如非組蛋白P3決定卵清蛋白mRNA的轉錄。機制可能是雌激素與受體的復合物進入細胞核后，受體的B亞基與非組蛋白P3結合，促進DNA解鏈，RNA聚合酶進入轉錄位點。

3）與DNA結合的專一性：與DNA結合是有專一性的。非組蛋白在染色質的結構與機能均起很大作用。核小體裝配蛋白----核液蛋白在爪蛙卵母細胞提純一種裝配蛋白，相對分子量為29000的五聚體，大量存在于卵母細胞的核液中，利用抗體技術證明它廣泛存在于真核細胞的核液中，稱為核液蛋白。是一種酸性蛋白，并不與自由DNA或完整的核小體結合，而只與各種單獨存在的組蛋白相結合。每一個五聚體的核液蛋白分子可以結合八個組蛋白分子，然后把組蛋白八聚體釋放給DNA。整個生物界中H3、H4的氨基酸順序的保守性以及在溫和提取中H3、H4最后從染色質上分離等事實，可以認為（H3）2·（H4）2是重復單位的核心。染色質的分子組成

Kornberg于1974年提出，1977年做了一些補充，是迄今為止最基本的一種染色質模型。打破了當時普遍認為染色質是以DNA為軸心，外包以組蛋白的觀點。以后的模型都是在此基礎上建立的。要點：染色質纖維是由核小體重復串聯而成，每個核小體有核心顆粒與連接區組成。每個核心顆粒有8個組蛋白分子（H2A、H2B、H3、H4各2個分子）和200bp組成。連接區DNA為15-100bp。并與H1相結合。

DNA以某種尚未肯定的方式纏繞于8具體周圍，形成一個直徑約為100埃的近似球形的顆粒，沿染色質纖維長軸緊密的排列。（2）交聯劑的研究

Jackson等應用不同濃度的NaCl處理染色質，使其解離及重聚合。實驗證明：二聚體是自然狀態的染色質所固有的，而八聚體可能是組蛋白分子從染色質上解離后又重新組合的產物，在自然界并不存在，或是自然狀態下的二聚體通過交聯劑的作用，在染色質上原位形成八聚體。（3）染色質結構的一個新模型：

Bonner(1975)等認為，染色質二級結構的組蛋白核心不是以八聚體形式存在，而是以四聚體為存在形式。每個組蛋白分子有兩個與DNA作用的位置和一個與另外組蛋白分子作用的位置。假定八個組蛋白分子為一組，在DNA上作等距離線性排列，而且前四個分子與后四個分子的極性相反。二組分子的相互作用使DNA沿長軸發生扭曲。由于組蛋白分子1-8，4-8,2-6,3-7之間的作用，使得染色質二級結構保持穩定，螺距為35埃，覆蓋DNA約200bp。H1在超螺旋外面，跨于各組交結點之間。八個組蛋白在二級結構中所形成的核粒，實際上是四個二聚體，且二聚體之間不接觸。二聚體多是H3-H4，H4-H2B,H2A-H2B。因此，核粒內四種組蛋白分子并不按照（H3+H4+H2A+H2B）X2的公式。其中H2B的比例可能較大，在不同的生物或組織中，各類組蛋白的比率可能不同。由于模型中組蛋白的尾巴有一定的方向性，并覆蓋DNA，所以再4-5之間的覆蓋面有些重復而在二組交界的1,8之間則覆蓋面減少。因此，這部分易受核酸酶的攻擊，從而每個200bp便有一個核酸酶的敏感點。3.5.4染色質纖維間期細胞核的染色質大部分是以30nm直徑的纖維存在。纖維結構的詳情尚不清楚。提出幾個模型。（1）螺線管模型：10nm纖維左向超螺旋卷曲如彈簧螺線，每圈含6個核小體，H1位于該纖維縱軸中央。3.5.4染色質纖維（2）超螺線空擋模型：超螺旋情況與螺線管模型相似，每圈6個核小體，只是不是一個連續的完整的彈簧螺線，而是間以短的伸展的DNA纖維。它們是一些核酸酶敏感區，并有一些特異的蛋白結合其上，H1可在螺線管的內側或外側作為核小體的聯結者（linker）。3.5.4染色質纖維（3）交互聯接模型：10nm纖維象手風琴樣折疊，并盤旋成為一個超雙螺旋結構。可以想象其外形與DNA雙螺旋一樣，只不過是一系列呈Z字形折疊的核小體構成。這些核小體之間以linkerDNAs聯結，并垂直于30nm纖維的縱軸。（4）鋸齒帶盤旋模型：10nm纖維以Z形折疊狀態盤旋為彈簧似的螺線管。值得重視的是30nm纖維是染色質的天然存在狀態。從DNA雙螺旋到10nm纖維—壓縮7倍，到30nm—壓縮6-7倍，共壓縮了40-50倍。30nm纖維是一種依賴與轉錄活性的，或伸展或壓縮的動態結構。3.6常染色質基因表達的分子基礎3.6.1核心組蛋白對轉錄的作用

酵母基因組僅含核心組蛋白基因串的二個拷貝，是良好的研究材料。

（1）H2A-H2B：酵母中編碼核心組蛋白的基因對缺陷性啟動子或增強子起著消除或抑制者的作用。借助H2A-H2B或H3-H4表達變化的研究，發現對轉錄缺陷的消除作用使由于H2A-H2B對H3-H4合成的不平衡。這說明H2A-H2B對H3-H4的化學計量影響轉錄作用。如調整酵母H2A-H2B的表達，觀察到不同基因染色質結構的不同程度的改變。（3）H4：Durrin等（1991）對H4進行了一系列的刪除、取代研究。證明H4的N端對不同的基因起著不同的作用，或激活或抑制。3.6.2核小體與基因表達

3.6.2.1核小體定位（1）交替定位與可譯定位：一般認為，核小體覆蓋了整個染色質。但事實上，核小體的形成并不是隨機地，任意的。核小體在染色質上的定位涉及的核心組蛋白八聚體與DNA的相互作用，以及各種因子的影響。沿DNA形成的核小體一般受二種因素制約：富AT的DNA小溝和轉錄激活因子。交替定位：DNA彎曲緊密地繞在核粒旋二圈時，僅僅把DNA小溝壓在核粒表面。因為富AT的小溝較之富GC的小溝易于壓縮，因此每個八聚體都傾向于定位DNA螺旋內側富AT小溝最多的區域。就是所謂的交替定位。許多轉錄因子往往形成復合物結合在DNA上而阻止核小體形成。因此，在基因的上游往往有缺少核小體結構的長達數百bp的區域。利用低濃度的DNaseI可以消化這些區域而不消化linkerDNA。如：在SV40含有一段大約300bp的無核小體區域，它是DNA/RNA合成的起始區，一些結合蛋白結合其上，但阻止不了DNaseI的消化。所以核小體常常沿可轉錄-翻譯的DNA區域定位，叫作可譯定位。例如：某一核粒沿距離某一基因的轉錄起始區-300～-144bp定位。3.6.2.2核小體變構（1）基因活化時核小體并不消失核小體結構變化將導致基因的激活或預激活狀態。這種結構的改變到底是核小體消失還是核小體的構型改變？諸多核酸消化實驗都發現超敏感區及/或亞核小體顆粒出現于基因激活過程中，說明基因在激活中與其說核小體消失不如說核小體的構型改變。這意味著基因活化時核心組蛋白并未移除。如：果蠅熱休克基因hsp70，基因熱激活后，組蛋白仍然與基因相結合。研究證明轉錄激活情況下的染色質結構發生變化，但核心組蛋白八聚體并不被取代，這與核小體重構的概念相符。（2）核小體變構的幾種觀點：

H1確實會加大各種因子對DNA模板的結合，并允許核小體較大的移動或滑動。轉錄因子對核小體中DNA的結合可誘導核酸酶敏感性。基因活化時，核小體的核心可能發生某種程度的變化，如“顯露”、“開啟”或“劈裂”。一系列的其他因子，如組蛋白修飾租用、HMG蛋白的結合等，都可能與染色質重構有關。3.6.2.3活性染色質核小體變構機制染色質的活化首先是一些轉錄因子（TF）結合在E＆P（enhancer＆promoter)上，而導致核小體變構。在靜止細胞中，有的E＆P處于核小體內部，TF無法接近。因此，TF就必須在DNA復制中或核小體裝配之前結合上去。就是所謂預空競爭模型或復制依賴機制。在核小體裝配之后，TF仍然能夠結合上去，則叫作動態競爭模型/復制不依賴機制。

（1）預空的競爭模型

轉錄因子在DNA模板剛剛跨過復制叉時立即結合其上，預先地裝配到染色質之中。這樣，使基因活化的核小體重構發生于復制過程中或核小體裝配前。（2）動態競爭模型

TF在核小體形成后結合上去。可能是TF的結合位點在linkerDNA上結合位點在DNA的進口/出口處。某一結合位點雖然在核小體內不可接近，但有關的另一個位于核小體外面的TF結合點首先發揮作用，使掩蓋前一位點的核粒去穩定/被置換而使其暴露處來。

無論是在DNA復制時或核小體裝配之后所建立起來的染色質變構與活性都涉及啟動子、增強子的結合因子以及其他影響轉錄活性的蛋白。而且各種因子的結合并不見得立即激活基因，而使基因處于前激活狀態。使得基因在非復制狀態下能夠迅速被誘導。如：RNA轉錄酶II是熱休克基因的轉錄酶，但是在沒有熱休克的情況下，它暫停在轉錄起始點下游約25核苷酸處。

3.6.2.4順式調控區段LCR參與核小體重構的眾多的轉錄因子與激活因子都是屬于反式作用元件。對人類?-珠蛋白基因表達調控的研究發現，還有一種類似啟動子、增強子那樣的順式作用元件，叫LCR（Locuscontrolrengions,LCR）。整個?-珠蛋白基因簇/串含有5個基因：5’-?-G?-A?-ξ-?-3’依次排列，長達70kb。

LCR比啟動子、增強子的序列要長的多。LCR是一個包含4-5DNaseI敏感位點的長達15kb的區域，位于?-珠蛋白基因的5’端上游。

不同的?-珠蛋白基因在發育的不同時期、不同組織中表達，LCR調控這種發育特異性及組織特異性的表達。

LCR可能是調控染色質核小體重構的一種元件，使基因處于激活或預轉錄狀態。轉基因實驗中，把人?-珠蛋白基因及其調控序列插入到小鼠基因組的不同部位，它因插入的不同部位而進行低水平表達，這就是所謂的位置效應。但當基因帶有LCR時，則無論插入什么部位都能進行高水平表達。3.7異染色質形成的分子機制異染色質構成了染色體大部分區域，異染色質區域一般說不能為DNA結合因子接近，是轉錄沉默的區域，并為染色體有絲分裂行為所必須。大塊的異染色質圍繞著功能性的染色體結構，如著絲粒、端粒、而小的異染色質區域則散布在染色體各處。已證明異染色質在著絲點功能中起著重要作用。圍繞著絲粒的異染色質的DNA重復序列是姐妹染色單體結合及染色體分離所必需。異染色質能穩定著絲粒、端粒中的重復序列，并抑制基因組的同源序列的重組。

此外，異染色質的中心任務是在發育分化過程中調控基因表達。如：異染色質使雌性哺乳動物X染色體失活，起著劑量補償作用。異染色質的一些特性使它特別適于長期地、穩定地維持緊縮狀態。異染色質狀態是后成遺傳的，并通過多代細胞分裂而穩定遺傳，它可以在不同的發育條件和環境影響下發生。已證明許多酶與蛋白參與異染色質的形成，這種形成過程是一個逐步的組蛋白的修飾及氨基酸末端的特異修飾過程。并發現非編碼的RNAs及RNA干涉在后成遺傳的染色質區域形成中的作用。DNA包裝成異染色質能發揮對重要生物學過程的后成遺傳的控制。3.7.1異染色質形成中的因子

從酵母到哺乳動物，組蛋白及其翻譯后修飾在異染色質的形成中起著重要作用。異染色質形成中所需要的反式因子中，有直接修飾組蛋白的酶和組蛋白結合因子。如：發芽酵母中，沉默信息調節因子（SIR）基因sir2，sir3，sir4的產物，是裝配沉默的配對區位與端粒DNA區域的特異染色質所需要的。裂殖酵母和后生動物中有數種組蛋白去乙酰化酶，是沉默所需要的，如sir2類NAD依賴去乙酰化酶等。在裂殖酵母、果蠅及哺乳動物中，組蛋白H3的第9位的賴氨酸的甲基化也與異染色質裝配正相關。

后成遺傳標記的相互依賴說明DNA甲基化與染色質介導的后成遺傳機制協調作用，維持沉默的染色質狀態。沉默者、重復DNA及RNAs對于異染色質形成起作用。對于異染色質的形成，已知特異的調控位點—silencers，及序列特異的DNA結合蛋白起作用，而重復DNA及非編碼RNAs在異染色質形成的區域界定上也起著重要作用。轉座子與高度重復衛星DNA構成了異染色質序列的大部分，它們與異染色質導致鄰近基因的沉默有關。非編碼RNA分子在調節染色質行為方面似乎起著廣泛的作用

由于重復序列與RNA所觸發的沉默的染色質裝配的可能機制，包括同源DNA序列的配對，DNA-RNA或RNA-RNA的相互作用。這種RNAi與異染色質裝配之間的聯系，提示了一個RNA介導的真核基因組的后成遺傳構建的模型。雙鏈RNA被加工成小的RNAs,它們通過同源序列的識別而特異地錨定組蛋白修飾及基因組的后成遺傳修飾。3.7.2異染色質結構域的形成

異染色質形成是先在一個特異調節位點“成核”，然后伴隨著組蛋白修飾及與Sir3,Sir4,Swi6/HP1等結構蛋白的結合，逐步地向鄰近的序列擴展。位點特異的DNA結合蛋白及結合于成核位點---沉默者之處，然后再使Sir2/Sir4復合體與DNA結合。這種連續的結合及去乙酰化過程從“成核”位點沿著染色質纖維擴散下去。3.7.3異染色質的繁殖

DNA復制時組蛋白H3/H4四聚體是隨機分布于姐妹染色質之中。因此，修飾父/母本組蛋白的成分，如Swi6/HP1或Sir3等異染色質裝配蛋白，可以作為“分子標簽”來印記在新裝配的核小體中父/母本的組蛋白修飾形式。在組蛋白修飾和結構蛋白之間的一個“后成遺傳環”可能是異染色質繁殖的基礎。3.7.4異染色質域的分界線

高度濃縮的異染色質與去濃縮的常染色質相間分布。異染色質一旦“成核”，就會順式地擴增并導致鄰近基因的后成性沉默。但是細胞液具有對抗附近異染色質的抑制作用的相應機制，來保護那些活性的染色質區域。專門的DNA單元---邊界單元，它作為臨近染色質區域的界標或屏障來對抗相鄰區域的沉默者或增強子的效應。

S.pombe的跨越配對型區域的不同組蛋白甲基化型式的作圖，發現了兩個反向重復序列把異染色質段落與周圍的常染色質區域界定開來。3.7.5異染色質與發育中可遺傳的基因沉默

可遺傳的轉錄狀態的維持對于多細胞生物的發育是至關重要的。大量的證據說明，該過程的失控將導致細胞的轉化與癌變。研究提示，在發育中引起基因沉默的途徑與由Swi6/HP1來形成異染色質的途徑相似。

HP1蛋白也與真核染色質的基因的調控有關。并發現HP1的分布常跨越少量的常染色質位點。說明雖然HP1主要集中在異染色質區，但染色體臂的特殊區域也在它的控制之下。

H3Lys9甲基化與HP1可以啟用基因沉默的特異啟動子，直接涉及到完整的異染色質成分調節常染色質基因。異染色質的蛋白與常染色質區連接但沒有擴散，也引起常染色質基因的抑制----位置效應。3.8染色質的非組蛋白框架

3.8.1染色質環高鹽溶液提取細胞核，去除包括組蛋白在內的大部分蛋白，發現遺留的DNA仍然保持著細胞核的形狀。去蛋白的核經梯度離心后，它們的沉降特性類似超螺旋的環狀質粒DNA，這說明長的線性DNA在間期核中經彎曲、折疊成許多環狀。環的平均長度80-150bp。

Laemmli證明，間期核中這種環狀結構，當壓縮為中期染色體后仍然保持不變。當分離出來的染色體經高鹽溶液去除大部分蛋白質后，DNA仍然以無數loop錨定在一個殘存的蛋白質框架下，并保持著原來染色體的形態。這種染色質環是染色質與染色體的共同結構特征。3.8.2SAR/MAR高鹽溶液提取間期細胞核蛋白，經內切酶消化、離心分離非結合DNA片段和結合DNA片段，分別電泳、分子雜交。鑒定了一些基因與核蛋白結合的特異序列。如：果蠅組蛋白基因群和hsp70基因，核糖體RNA基因等。這些位點是在提取了大部分核蛋白及內切酶消化后，仍然留在核里與小量蛋白結合，稱為（核）框架附著區（SAR）或（核）基質附著區（MAR）。

SAR/MAR是一類在核或染色體內維持染色質loops的樞紐序列。3.9微生物的類染色質某些原核生物—大腸桿菌，只有一條裸露的環狀DNA作為它的基因組。并不是一個放大了的質粒。這個環狀DNA也像真核生物