Podejścia do wychwytywania konformacji chromosomów wykazały, że chromatyna interfazowa jest podzielona na przestrzennie segregowane przedziały wielkości Mb i domeny topologiczne wielkości sub-Mb domeny topologiczne. Uważa się, że ta kompartmentalizacja ułatwia dopasowanie genów i elementów regulatorowych, ale jego dokładna funkcja i i mechanistyczne podstawy pozostają nieznane. Kohezyna kontroluje topologię chromosomów, aby umożliwić naprawę DNA i segregację chromosomów w komórkach cyklicznych. Ponadto kohezyna wiąże się z aktywnymi wzmacniaczami i promotorami oraz z CTCF, tworząc interakcje dalekiego zasięgu ważne dla regulacji genów. interakcje ważne dla regulacji genów. Chociaż te odkrycia sugerują ważną rolę dla kohezyny w organizacji genomu, rola ta nie została oceniana na skalę globalną. Nieoczekiwanie odkryliśmy, że przedziały architektoniczne są utrzymywane w niecyklicznych tymocytach myszy po genetycznym genetycznej deplecji kohezyny in vivo. Kohezyna była jednak wymagana do specyficznych interakcji dalekiego zasięgu w przedziałach, w których znajdują się geny regulowane kohezyną rezydują. Zubożenie kohezyny zmniejszyło interakcje między miejscami związanymi z kohezyną, podczas gdy alternatywne interakcje między cechami chromatyny związanymi z aktywacją i represją transkrypcji stały się bardziej widoczne, z odpowiadające im zmiany w ekspresji genów. Nasze odkrycia wskazują, że interakcje dalekiego zasięgu, w których pośredniczy kohezyna, ułatwiają dyskretną ekspresję genów stany w istniejących wcześniej przedziałach chromosomalnych. --- Struktura chromatyny jest ściśle regulowana podczas cyklu komórkowego. Wirusy DNA czasami zaburzają przestrzenną organizację chromatyny komórki gospodarza z powodu tworzenie przedziału replikacji wirusowego DNA. Aby zbadać zachowanie chromatyny w komórkach zainfekowanych bakulowirusem, skonstruowaliśmy rekombinowane plazmidy wyrażające znakowane białkiem fluorescencyjnym cząsteczki histonu H4 i wizualizowaliśmy wewnątrzkomórkową lokalizację chromatyny poprzez ich przejściową ekspresję w żywych zainfekowanych komórkach. zakażonych komórkach. Podobnie jak inne wirusy DNA, bakulowirus Bombyx mori nukleopoliedrowirus indukował marginalną relokację chromatyny w jądrach komórek BmN, jednocześnie komórek BmN, jednocześnie z ekspansją przedziału replikacji wirusowego DNA replikacji wirusowego DNA (VS). Jednak na późnym etapie infekcji, region perystromalny (PR), inny przedział subjądrowy indukowany przez wirusa, był również również wykluczony z obszaru lokalizacji chromatyny. Pod warunkiem, że produkty późnych genów produkty, takie jak białka PR (np. białka otoczki wirusa pochodzącego z okluzji) uległy ekspresji, blokada wirus), blokada syntezy wirusowego DNA nie hamowała relokacji chromatyny, pomimo zniesienia relokacji chromatyny, pomimo zniesienia ekspansji VS. Zamiast tego, chromatyna została zmarginalizowana jednocześnie z ekspansją PR, co sugeruje, że PR przyczynia się bezpośrednio do wymiany chromatyny. Ponadto chromatyna została wykluczona ze stosunkowo dużych struktur subjądrowych, które były indukowane w niezainfekowanych komórkach przez kotransfekcję czterema genami bakulowirusa, ie1, lef3, p143, i hr. Pominięcie któregokolwiek z czterech genów nie skutkowało jednak tworzenia dużych struktur lub wykluczenia chromatyny. Ta korelacja między kompartmentalizacją a wykluczeniem chromatyny sugeruje możliwość że właściwość cząsteczek wirusowych wyłączająca chromatynę, przynajmniej częściowo, wspiera kompartmentalizację jądrową komórek zakażonych wirusem. --- Złożoność składu i funkcji jądra eukariotycznego osiąga się poprzez jego organizację poprzez jego organizację w wyspecjalizowanych przedziałach jądrowych. Drosophila Drosophila ATPaza remodelująca chromatynę ISWI odgrywa ewolucyjnie zachowane role w organizacji chromatyny. Co ciekawe, ISWI genetycznie oddziałuje z genem hsrω kodującym wiele niekodujących RNA (ncRNA), niezbędnych m.in. do funkcji, dla montażu i organizacji plamek omega. The nukleoplazmatyczne plamki omega odgrywają ważne funkcje w metabolizmie RNA, w normalnych i zestresowanych komórkach, regulując dostępność hnRNP i niektórych innych białek przetwarzających białek przetwarzających RNA. Remodelery chromatyny, a także plamki jądrowe i związane z nimi ncRNA ncRNA, stają się ważnymi składnikami sieci regulacyjnych genów, chociaż ich funkcjonalne powiązania pozostają sieci regulacyjnych genów, chociaż ich powiązania funkcjonalne pozostają słabo zdefiniowane. Tutaj przedstawiamy wiele linii dowodów wskazujących, że ncRNA hsrω oddziałuje in vivo i in vitro z ISWI, regulując jego aktywność ATPazy. Co ciekawe, odkryliśmy że organizacja nukleoplazmatycznych plamek omega zależy od funkcji ISWI . Nasze odkrycia podkreślają nową rolę remodelerów chromatyny w organizacji nukleoplazmy. organizacji przedziałów nukleoplazmatycznych, dostarczając pierwszego przykładu interakcji między zależnym od ATP remodelerem chromatyny a dużym ncRNA. --- Eliminacja jądrowa towarzyszy różnicowaniu w takich wyspecjalizowanych typach komórek takich jak erytrocyty i komórki włókniste soczewki. Towarzyszy również apoptozie, co sugeruje, że podobne procesy mogą działać w obu przypadkach. Denukleacja występuje w soczewce w celu zmniejszenia rozproszenia światła i proces ten jest często zakłócany w zaćmie. w zaćmie. Wykorzystując soczewkę dorosłego bydła jako układ modelowy, opisano zmiany jądrowe towarzyszące denukleacji, ze szczególnym uwzględnieniem blaszki, nukleolarne i zwinięte przedziały ciała w jądrach soczewki. Kształt jądra, chromatyna reorganizacja i rozpad chromatyny były również monitorowane w celu skorelowania czas zdarzeń. Rearanżacja lamin jądrowych typu A i B zachodziła równolegle z kondensacją chromatyny i poprzedzała równolegle z kondensacją chromatyny i poprzedzała zmiany kształtu jądra. Najwcześniejsze Najwcześniejsze zmiany wykryte w tym badaniu wystąpiły w zwiniętym ciele i nukleolarnych przy użyciu odpowiednio przeciwciał cewkowych i fibrylarnych, sugerując, że zatrzymanie transkrypcji jest wczesnym wydarzeniem w denukleacji. Fibryllaryna uległa redystrybucji z otwartego wzoru floretowego do kilku skondensowanych plamek które stopniowo zmniejszały intensywność i ostatecznie zniknęły. Coilin, była jednak zlokalizowana w kilku mikroogniskach, zanim została zreorganizowana w mniejsze większe ogniska. Przed kondensacją chromatyny, koilina uległa redystrybucji do przedziału przedziału jąderkowego i była nieobecna w jądrach, w których chromatyna zaczęła się kondensować. Takie jądra były dodatnie w barwieniu TUNEL. W przeciwieństwie do w przeciwieństwie do jądra, degradacja mitochondriów w komórkach włókien soczewki była procesem szybkim i wiązał się ze stosunkowo ostrym przejściem między dodatnimi i ujemnymi komórkami włókien dla dwóch markerów specyficznych dla mitochondriów, BAP 37 i prohibityny. Związek między zmianami w blaszce jądrowej i chromatynie z inicjacją fragmentacji mitochondriów fragmentacją mitochondriów. Dlatego możliwe jest, że sygnał do rozpoczęcia denukleacji może pochodzić z mitochondriów, jak zaproponowano dla apoptozy. Odnotowano różnice między apoptozą a denukleacją a denukleacją komórek włókien soczewki i obejmowały skalę czasową zmian jądrowych jak również utrzymywanie się pozostałości jądrowych. Badania te sugerują, że wyłączenie transkrypcji poprzedza reorganizację blaszki i rozpad chromatyny podczas denukleacji komórek włókien soczewki. --- Ciała jądrowe (NB) PML/SP100 zostały po raz pierwszy opisane jako dyskretne struktury subjądrowe struktury zawierające białko SP100. Następnie wykazano, że zawierają białko PML, które jest częścią onkogennej hybrydy PML-RARalfa wytwarzanej przez translokację chromosomalną t(15;17) charakterystyczną dla ostrej białaczki promielocytowej. Jednak fizjologiczna rola tych ciał jądrowych pozostaje nieznana. Tutaj pokazujemy, że SP100 wiąże się z członkami grupy heterochromatyny 1 (HP1) niehistonowych białek chromosomalnych. Co więcej, wykazujemy, że naturalnie występujący wariant SP100, nazwany tutaj nazwany SP100-HMG, jest członkiem rodziny białek HMG-1 (High Mobility Group-1) i w związku z tym może posiadać potencjał wiązania DNA. Zarówno HP1, jak i SP100-HMG koncentrują się w PML/SP100 NBs, a nadekspresja SP100 prowadzi do zwiększonej akumulacji endogennego HP1. akumulacji endogennego HP1 w tych strukturach. Po związaniu z promotorem, SP100, SP100-HMG i HP1 zachowują się jak represory transkrypcji w transfekowanych komórkach ssaków komórkach ssaków. Obserwacje te przedstawiają molekularne dowody na związek między PML/SP100 NB i chromatyną przedziału jądrowego. Wspierają one model, w którym NB mogą odgrywać rolę w niektórych aspektach dynamiki chromatyny. dynamiki chromatyny. --- Posttranslacyjne modyfikacje histonów pośredniczą w tworzeniu strukturalnie i funkcjonalnie odrębnych przedziałów chromatyny jąder eukariotycznych. The różnych modyfikacji histonów z przedziałami euchromatycznymi i heterochromatycznymi jest względnie zachowane w wysoce rozbieżnych modelach organizmach modelowych, takich jak Drosophila i ssaki. Jednak pewne różnice między między tymi systemami modelowymi zostały odkryte, podczas gdy ograniczone dane są dostępne z organizmów bliższych przejściu bezkręgowce-kręgowce. Zidentyfikowaliśmy przedział chromatyny zarówno w diploidalnych, jak i endocyklicznych komórkach urochordatu, Oikopleura dioica, wzbogacony w heterochromatyczne modyfikacje histonów i metylację DNA metylację DNA. Co zaskakujące, przedział ten zawierał również wysokie poziomy histonu H3 trimetylowanego przy lizynie 4 (H3 Me(3)K4), modyfikacji dotychczas związana z aktywnie transkrybowanymi sekwencjami. Chociaż w komórkach Drosophila i myszy komórek, H3 Me(3)K4 była głównie związana z euchromatyną, wykryliśmy ją również w ich pericentromerycznej heterochromatynie. Ponadto wykazaliśmy, że obfitość H3 Me(3)K4 niekoniecznie była proporcjonalna do lokalnych poziomów aktywności transkrypcyjnej aktywności transkrypcyjnej w euchromatynie lub heterochromatynie. Nasze dane wskazują na większą plastyczność na przestrzeni ewolucji w powiązaniu metylacji lizyny histonów z funkcjonalnie odrębnymi domenami chromatyny niż wcześniej sądzono i sugerują, że że H3 Me(3)K4 uczestniczy w dodatkowych procesach poza znakowaniem aktywnej transkrypcyjnie chromatyny. --- W tym badaniu wykorzystaliśmy immunoprecypitację i spektrometrię mas do zidentyfikować ponad 50 białek komórkowych i wirusowych, które są związane z białkiem wiążącym jednoniciowe DNA herpes simplex virus 1 (HSV-1) białkiem wiążącym jednoniciowe DNA ICP8. Wiele z koprecypitujących białek komórkowych jest znanymi członkami dużych kompleksów komórkowych zaangażowanych w (i) replikację DNA lub naprawę uszkodzeń, w tym RPA i MSH6; (ii) rekombinację niehomologiczną i homologiczną, w tym podjednostkę katalityczną kinazy białkowej zależnej od DNA, Ku86 i Rad50; oraz (iii) przebudowy chromatyny, w tym chromatyny, w tym BRG1, BRM, hSNF2H, BAF155, mSin3a i deacetylazy histonowej. 2. Wydaje się, że DNA pośredniczy w wiązaniu niektórych białek z ICP8, podczas gdy bardziej bezpośrednie interakcje białko-białko pośredniczą w wiązaniu z innymi białkami. innymi białkami. Wiele z tych białek gromadzi się w przedziałach replikacji wirusa replikacji wirusa w zainfekowanym jądrze komórkowym, co wskazuje, że białka te mogą odgrywać rolę w replikacji wirusa. WRN, który funkcjonuje w komórkowych szlakach rekombinacji szlakach rekombinacji komórkowej poprzez aktywność helikazy i egzonukleazy, nie jest absolutnie wymagany do replikacji wirusa, ponieważ wydajność wirusa jest tylko nieznacznie, jeśli w ogóle, w ludzkich pierwotnych fibroblastach z niedoborem WRN w porównaniu do komórek kontrolnych. W mysich fibroblastach embrionalnych z niedoborem Ku70, wydajność wirusów wzrasta prawie 50-krotnie. prawie 50-krotnie, co sugeruje, że komórkowy szlak niehomologicznego łączenia końców hamuje replikację HSV. Stawiamy hipotezę, że niektóre z białek koprecypitujące z ICP8 są zaangażowane w replikację HSV i mogą dać nowy wgląd w mechanizmy replikacji wirusa. --- Zaproponowano, że przestrzenne składanie chromatyny jest zaangażowane w regulację i koordynację ekspresji genów. regulację i koordynację ekspresji genów. Klastry genów Hox ssaków stanowią szczególnie interesujący przypadek skoordynowanej regulacji genów. W obrębie każdego klastra Hox, liniowa kolejność genów ściśle odzwierciedla ich czasowy i anatomiczny wzorzec ekspresji. anatomiczny wzór ekspresji. To uderzające zjawisko sugeruje, że ogólna struktura klastrów Hox jest ważna dla ich regulacji. Ostatnie badania wykorzystujące techniki wychwytywania konformacji chromatyny wskazują, że klastry Hox przyjmują niezwykłą konfigurację przestrzenną, w której aktywne i nieaktywne geny geny są podzielone na dwa odrębne przedziały chromatyny. Tutaj omawiamy możliwe mechanizmy leżące u podstaw i role regulacyjne tej przestrzennej przedziałów. --- Postępy w specyficznym fluorescencyjnym znakowaniu chromatyny w utrwalonych i żywych komórkach ludzkich komórkach w połączeniu z trójwymiarową (3D) i 4D (przestrzeń plus czas) mikroskopią fluorescencyjną i analizą obrazu mikroskopia fluorescencyjna i analiza obrazu otworzyły drogę do szczegółowych badania dynamicznej, wyższej architektury chromatyny w ludzkiej komórce i jej potencjalnej roli w regulacji genów. Kilka cech tej architektury Chromosomy zajmują odrębne terytoria w jądrze komórkowym. terytoria w jądrze komórkowym z preferowanymi lokalizacjami jądrowymi, chociaż istnieją nie ma dowodów na istnienie sztywnego porządku suprachromosomalnego. 2. Terytoria chromosomowe (CT) z kolei zawierają odrębne domeny ramion chromosomowych i mniejsze ogniska chromatyny lub domeny o średnicy od 300 do 800 nm i zawartości DNA rzędu 1 Mbp. rzędu 1 Mbp. 3. Gęste, wcześnie replikujące się i ubogie w geny, i ubogie w geny, domeny chromatyny replikujące się od środka do późna wykazują różne wzorce jądrowe wyższego rzędu, które utrzymują się na wszystkich etapach wzorce jądrowe, które utrzymują się przez wszystkie etapy interfazy. W mitotycznych wczesne replikujące się domeny chromatyny dają początek jasnym pasmom Giemsy, podczas gdy domeny replikujące się od środka do końca tworzą ciemne prążki Giemsy i prążki C. W próbie zintegrowania tych danych eksperymentalnych w ujednolicony obraz funkcjonalnej architektury jądrowej funkcjonalnej architektury jądrowej, przedstawiamy model modułowej i dynamicznej organizacji terytorium chromosomowego (CT). Proponujemy, aby istniały zasadniczo trzy istnieją trzy przedziały jądrowe, "otwarty" przedział chromatyny wyższego rzędu z chromatyną domenami chromatyny zawierającymi aktywne geny, "zamknięty" przedział chromatyny zawierający nieaktywne geny i przedział domeny międzychromatynowej (ICD) (Cremer i in., 1993; Zirbel i in., 1993), który zawiera kompleksy makromolekularne dla transkrypcji, splicingu, replikacji DNA i naprawy. Geny w "otwartych", ale nie w "zamkniętych" przedziałach chromatyny wyższego rzędu mają dostęp do kompleksów transkrypcyjnych i kompleksów transkrypcyjnych i splicingowych znajdujących się w przedziale ICD. Domeny chromatyny, które budują "otwarty" przedział chromatyny są zorganizowane w sposób, który umożliwia bezpośredni kontakt genów i powstającego RNA z kompleksami transkrypcyjnymi i splicingowymi, odpowiednio, preformowanych w przedziale ICD. W przeciwieństwie do tego, domeny chromatyny które należą do "zamkniętego" przedziału są topologicznie ułożone i zagęszczone w sposób, który wyklucza dostępność genów do kompleksów transkrypcyjnych. Twierdzimy, że zawartość przedziału ICD jest wysoce wzbogacona w DNA zubożonych preparatach matrycy biochemicznej. Komora ICD może być uważana jako strukturalny i funkcjonalny odpowiednik macierzy jądrowej in vivo. A Matryca w tym funkcjonalnym sensie jest kompatybilna z koncepcją trójwymiarowego szkieletu jądrowego, ale nie jest konieczna. koncepcja trójwymiarowego szkieletu jądrowego składającego się z długich, intensywnie ułożonych włókien filamentów. Wobec braku jednoznacznych dowodów na istnienie takiej macierzy strukturalnej w jądrze żywych komórek zachowujemy agnostyczną postawę co do jej istnienia i możliwych właściwości w utrzymywaniu architektury jądrowej wyższego rzędu. Modelowanie ilościowe architektury 3D i 4D ludzkiego genomu in situ pokazuje, że takie założenie nie jest konieczne. że takie założenie nie jest konieczne do wyjaśnienia obecnie znanych aspektów architektury jądrowej wyższego rzędu. Oczekujemy, że wzajemne oddziaływanie modelowania ilościowego i testów eksperymentalnych zaowocuje lepszym zrozumienie przedziałowej architektury jądrowej i jej funkcjonalnych konsekwencji. funkcjonalnych konsekwencji.
Jakie są role przedziałów chromatyny w jądrze eukariotycznym?
Złożoność składu i funkcji jądra eukariotycznego jest osiągana poprzez jego organizację w wyspecjalizowanych przedziałach jądrowych. Podejścia do wychwytywania konformacji chromosomów wykazały, że chromatyna interfazowa jest podzielona na przestrzennie segregowane przedziały wielkości Mb i domeny topologiczne wielkości sub-Mb. Uważa się, że podział ten ułatwia dopasowanie genów i elementów regulatorowych. Interakcje chromatynowe oparte na kohezynach umożliwiają regulowaną ekspresję genów w istniejących wcześniej przedziałach architektonicznych. Dlatego też koncentracja białek potrzebnych do wykonania różnych etapów syntezy RNA w wyspecjalizowanych przedziałach jądrowych jest ważna w orkiestracji zdarzeń wymaganych do wydajnej ekspresji genów.