盐溶液浓度对DNA和组蛋白相互作用的影响.pdfVIP

盐溶液浓度对DNA 与组蛋白相互作用的影响1 左春柽，冀封，曹倩倩 吉林大学机械科学与工程学院，长春 （130025 ） E-mail：zuocc@ 摘 要：DNA 与蛋白质紧密结合，经多层压缩形成染色质，其基本结构单位是核小体。核 小体结构的动态变化对DNA 复制和转录起着重要的调节作用。本文从结构动力学角度出发， 详实地阐述了各种盐溶液浓度条件下核小体构型的动态变化过程，揭示了DNA 与组蛋白相 互作用的机理。在对比组蛋白八聚体分布离解模型、DNA 分段离解模型、组蛋白自旋转模 型、组蛋白尾链离解模型、核小体整体膨胀模型、组蛋白滑移模型、DNA 拉伸模型、核小 体异质均分模型、核小体容纳多个组蛋白模型等的基础上，分析了实验样品的异质性对实验 结果及模型的影响，揭示了组蛋白H1 、H5 和其它蛋白等成分在核小体重构实验中的作用， 揭示了各种核小体构型互相矛盾的原因。 关键词：构型变化，DNA ，组蛋白 中图分类号：Q81 1．引言 在生命体中，DNA 与蛋白质结合，以染色质的形式存在于细胞核中，并通过蛋白质的 参与和调节来完成复制和转录过程，实现对生命性状的控制，呈现出生命的活性。染色质的 基本单位是“念珠”状的核小体结构[1, 2] 。核小体直径 10~11 nm，其核心是由H2A 、H2B 、H3 、 H4 各两分子组成的扁平粒状组蛋白八聚体，146bp 的DNA 片段以左螺旋的方式在组蛋白八 聚体的外侧缠绕 1.75 圈[3] 。组蛋白H1 在 DNA 片段进出核小体处将两端 DNA 连接起来， 起稳定核小体结构的作用。 核小体结构的相对稳定具有双重作用，一方面阻碍了其他许多蛋白与DNA 的接触机会， 使 DNA 的双链免受物理损伤；另一方面，由于被阻隔的蛋白质中包含许多起始 DNA 复制 和转录的因子，因此核小体的稳定性决定了DNA 复制和转录的过程能不能发生，何时发生。 由于磷酸根水解，DNA 在溶液中呈现负电性；H2A 、H2B 、H3 和 H4 中均含有带正电荷侧 链基团的赖氨酸或精氨酸，因此组蛋白八聚体呈现正电性。DNA 与组蛋白八聚体通过静电 相互作用紧密结合在一起形成核小体结构，溶液浓度、温度、pH 值等溶液参数对核小体构 型有不同程度的影响。 本文从结构动力学的角度出发，将系统阐述各种溶液浓度条件下核小体构型的动态变化 过程，对比实验样品的异质性对实验结果及模型的影响，分析组蛋白 H1 、H5 和其它蛋白在 核小体重构实验中的作用。 2. 核小体构型变化模型 近些年，国内外对核小体构型随盐浓度变化的各种现象已经进行了相当深入的研究。 在理论研究方面，不仅包含了核小体稳态特性的研究，更注重核小体构型随着溶液盐浓度变 化的动态过程及机理分析[4-9] 。在实验方面，采用了多种物理化学方法，主要包括：盐析法， 凝胶电泳法，层析法，超速离心法，粘度法，吸收光谱法，核磁共振法，旋光光谱与圆二色 性法，光散射法，X-射线衍射法等，运用这些实验手段对 DNA 及组蛋白在溶液参数变化的 过程中进行测试，并以测试结果为依据，从中获得信息，提出了多种可能的盐致核小体构型 1本课题得到高等学校博士学科点专项科研基金（项目编号：20040183057 ）的资助。 -1- 变化模型。 2.1 组蛋白八聚体分步离解模型[10-16] 这一模型强调组蛋白 H3 和 H4 在核小体结构中的主导作用，H2A 和 H2B 只起辅助作用。 组蛋白 H3 和 H4 在溶液中以 (H 3 ⋅H 4)2 四聚体的形式稳定存在，该四聚体与DNA 直接作 用并指导 DNA 缠绕其上形成核小体结构雏形，组蛋白 H2A 和 H2B 以(H 2A ⋅H 2B ) 二聚 物形式存在，能够沿 DNA 链滑移直至与(H 3 ⋅H 4)2 四聚体接触，并通过四聚体间接与 DNA 相互作用完成核小体核心颗粒的重构。实验结果显示，核小体构型随盐浓度的升高主要发生 二次构型转