细胞核区室化

　　真核生物细胞核内有类似于细胞区室( compar tment)的亚结构,称为核区室( nuclea r compar tment)。核区室主要分为两类: 染色体域( CT)和染色质间区室( IC)。核仁也是一种经典的核区室。C T与IC相互联系、相互作用,在细胞核呈现区室化的核结构,对基因表达进行高层次的调控。20世纪70～ 80年代早期, 染色体绘图技术( chromosome painting )证实, 每个染色体(至少对于其大部分染色质)在核内占据独立的区域,称为染色体域( CT)。它们是互斥的实体。进一步的研究提出,内陷的非染色质空间即染色质间通道,从CT的外周延伸到内部,形成类似“海绵”的能渗透的三维结构。CTs由不同的染色体臂和染色体区带组成。染色体臂内G亮带或称R带是早期复制区带,基因较密,含管家基因和组织特异基因； G暗带是中后期复制区带,基因较少,含组织特异基因； C带是晚期复制区带,包括着丝粒异染色质和其他的结构异染色质, 缺少基因。R带中基因密度更高的区段称T带。

　　 在人成纤维细胞中,基因含量高的染色体在核中部呈辐射状分布,而基因含量少的染色体位于核周边。当细胞离开细胞周期后,会放松这种位置限制。表明基因含量可能是CT定位的决定因素。染色体在核内的分布是非随机的,但随细胞类型的不同C T分布变异很大。即使同一细胞类型,基因活性的改变,不同的分化阶段,细胞周期的不同时项,核结构都会有显著的改变。

　　 染色质间区室目前有两种观点: ① Cremer 等提出染色质间区与其内含物及其由染色质域表面提供的边界,构成了染色质间区室( IC)。② IC是染色质间区动态集聚的实体, 如Cajal小体、核斑( nuclea r speckle )、PML小体、核苷酸切除修复体( nucleo tide exci sio nrepai r, N ER)等。C Ts和ICs构成了区室化的核结构。两者协同演化,相互作用,影响基因及其转录相关因子的定位,进而调控基因表达,将这种调控方式称为C T-IC模式。

　　 IC,或在伸入染色质间区的染色质环上(图1)。深入CT的染色质间通道增大了CT的表面积,使得CT内部的基因也可位于C T的内表面,从而与IC接触。相应的,沉默的基因位于紧密染色质域内部而与转录装置隔离。观测到一些基因活性区域会逃逸CT的束缚,形成染色质环。如人成纤维细胞MHL-II基因簇经IFNγ诱导后,从6号染色体中游离成环。不仅如此,持续沉默的基因有必要与持续活化的基因隔开,而定位于不同的染色质区室。作为基因活化与沉默的重要机制,基因表达模式的稳定改变,需要染色质高级结构的变动,以使相应基因位于开放或关闭的染色质区室[6 ]。哺乳动物血细胞发育的研究提供了很好的例证。B、T淋巴细胞发育中的沉默基因经历变动, 以定位于旁着丝粒异染色质区[13 ]。在黑腹果蝇( dro sophila melanogaster)常染色质的一个brow n 等位基因中插入一段异染色质后,两等位基因与着丝粒异染色质关联,致使野生型等位基因的转录失活。

　　 一定区域招募功能不同的因子的能力可决定染色质功能状态。染色质结合蛋白的动态交换使调节因子得以到达染色质。过表达抑制蛋白或激活蛋白,并同时检测报告基因在不同染色体位点的表达,表明抑制因子的持续提供将维持异染色质结构,而激活因子的上调将消除异染色质化对基因的抑制。

　　 研究表明,增强子有抗沉默的作用。转基因试验中,增强子足以使基因离开异染色质区并抑制基因沉默,表明增强子通过抑制基因定位到异染色质区而维持基因表达。转录起始因子结合到增强子可促基因被招募到富含染色质变构复合物、组蛋白乙酰化酶及其它转录装置机组分的核区室。基于此提出一种调节元件激活机制: 转录激活因子结合到调节元件而破坏其与本地异染色质的相互作用,基因从而可进入活性核区室。基因表达的调控一方面通过顺式作用元件和调节因子的相互作用可以改变基因定位； 另一方面IC通过对相关因子的汇集、阻滞调控基因转录。