翻译在异染色质形成过程中的转录及RNA的干扰文档格式.docx
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这些异染色质功能包括转录的沉默、重组的抑制、长期染色质的关系和完整性的保持。
异染色质的一个重要的特点是能以包装的形式传递，这在果蝇属和裂殖酵母中的位置效应多样性发生时已被证明。
在异染色质形成之后，它可以通过有丝分裂稳定地保持，就像三色猫身上的斑点表现的一样，皮毛的颜色有X染色体上对应区是否休眠来决定。
常染色质的共性与异染色质所表现出的是相对立的，虽然像预料的那样，在常染色质中，存在着更多的组蛋白的修饰变化和核小体序列的排列，这二者都取决于转录区中的给定基因。
当然，嵌入在异染色质中的果蝇属的多样性的基因的更好的表达，在回应转录因子的大量介入时被报道出，在建立这些可选区域时存在着恒定的竞争。
而且，尽管在异染色质与常染色质之间存在着明显的差异，但是，我们仍在异染色质区域发现了低水平的转录过程，且在果蝇属中发现了几百个相关基因。
解决了这些表面上的矛盾将为我们提供一个全新的视野来观察基因组的功能。
在这篇回顾文章中，我们致力于最近的发现包括异染色质怎样定向形成，基因组区保持特定的区域，检验与RNA干扰系统相关的转录的可能性。
我们将主要利用从真菌和动物的实验研究中得出的结论。
从植物中得到的有趣结果展示在418页上。
在果蝇属中的异染色质的装配
研究异染色质的一个关键工具是对位置效应多样性的抑制器（SU（var））的掩蔽的能力，也就是说，基因组在其他位置的突变导致了在多样性位点失去沉默性。
大约有15个这样的位点在果蝇属melanogaster中被特化，而更多的候选位点被识别出。
SU（var）基因典型地不是编码直接参与形成异染色质结构的蛋白质，就是编码在组蛋白修饰中控制改变的酶。
在常染色质与异染色质之间的一个转变可以大致地被当作是一系列的反应，即组蛋白修饰和活性蛋白被移除，然后组蛋白的修饰与失活的蛋白质被加入。
一个连续的反应是被要求的，例如，位于组蛋白上的9号蛋白质上的赖氨酸残余物不能够甲基化直达它先去乙酰化；
SUV4-20对异染色质位点的捆绑通过与HP1作用发生，且要求SU（VAR）3-9（ref.11.）具有活性。
这个连续的要求无疑有助于可选包装状态的稳定性。
虽然异染色质区能通过有丝分裂，甚至是减数分裂遗传下来，一个给定的位点能从抑制染色体的活性状态中转换和以一个很低的频率相反代替。
PEV不能从单细胞生物中获得，比如说酵母，但是这种转换在一个生长着的菌落中是可观察到的表型。
在果蝇属中，一小群的蛋白质被认作是近着丝粒区异染色质的结构元件，因为观察到很多。
然而有一个可编码导致基因失去沉默的副本，有三个可编码导致基因更加沉默的副本，假定由于质量作用。
这系列的蛋白质包括如下：
HP1，第一个被识别的染色区蛋白质；
HP2，没有保守结构的巨大蛋白质；
SU（VAR）,一个锌指蛋白质；
和SU（VAR），一个转甲基作用的H3K3特定组蛋白。
然而，没有一个被良好定义的与异染色质相关的蛋白的复合体能够被分离出来（尽管HP1与所有这些蛋白质及其他蛋白质相互作用），这说明一个有条理的蛋白装配过程仅出现在染色质纤维上。
HP1是一个由两个保守区，一个氨基端，一个羧基端组成的被关键区分开的小蛋白（在果蝇属中由206个氨基酸构成）。
这个在很多染色体蛋白中都可以找到的染色质，在组蛋白的N端创建了一个结合位点。
HP1通过阴影区域加聚为二聚体，形成一个结合在表面的缩氨酸。
HP1通过染色阴影区和枢纽区稳定地作用于SU（VAR）3-9，通过染色质作用于双聚或三聚的H3K9。
通过与组蛋白修饰酶和修饰蛋白的相互作用，HP1为自我装配以及从PEV中预料的传播机制提供了根据。
这个核心装配似乎在动物和真菌中很保守。
它应该被留意到，在许多生物中，有着几种HP1的同源物和许多的H3K9的甲基转移酶，暗示着可选择的蛋白质装配方式的可能性。
然而在果蝇属中，只有HP1A似乎与已知的异染色质区相关，而其它同源物模仿HP1来建立异染色质的包装的可能性仍然需要确定。
在裂殖酵母中RNA干扰的角色
基因学和生物化学把裂殖酵母作为一个模式系统来研究为异染色质的装配提供了一个更好的视野。
许多参与了果蝇属和哺乳动物的异染色质的装配的因子在裂殖酵母中很保守。
尤其是，蛋白质Clr4，被认为是果蝇属中SU（VAR）3-9在裂殖酵母中的同源物，存在于包含崔林4的E3泛素连接酶复合体中，展示出特别的H3K9的甲基化。
甲基化H3K9的功能作为一个染色质包含蛋白，例如Chp1,Chp2,Swi6,与异染色质的结合位点的补充。
异染色质相关因子，包括H3K9和Swi6，被发现可以扩大被异染色质复合体在着丝粒、端粒和交配位点覆盖的染色质区域。
有趣的是，所有这三个异染色质区有一个共同的特征，都包含有优于染色体形成目标的dg和dh重复元件。
近期在通过对这些重复可能触发染色体形成的机制的研究得到了惊喜的发现，RNA干扰系统参与成核现象和异染色质的形成。
RNA干扰系统第一次被描述为在双链RNA触发同源RNA的破坏作为转录前的沉默机制。
随后的研究中显示出RNA干扰系统相关机制的不同的细胞功能。
在裂殖酵母中，参与RNA干扰的基因编码因子——例如帽子，argonaute和定向RNA聚合酶——上的突变，导致了异染色质装配中的缺失，就像在报告轨迹中沉默缺失的表现一样。
已经发现了一个由RNA干扰引发的转录沉默复合体，简称RITS，它既包含染色质相关蛋白，又包含RNA干扰相关蛋白。
RITS包含了Chp1,Ago1和一个不知功能的蛋白Tas3。
此外，RITS也包含了一些从不同的异染色质区的dg,dh的重复中推知的小的干扰RNA群。
基因组图谱分析表明Rdp1和RITS的组成部分是被样本中的异染色质区相隔开的，这几乎和Swi6和甲基化的H3K9的分离是一样的。
RITS和染色质稳定的结合，至少在部分上决定了Chp1的染色区与甲基化的H3K9的结合。
Clr4的缺失，或者在Chp1上的染色质编码区的突变，会导致RITS从异染色质区域上的分离。
有趣的是，我们发现在dg和dh重复片段在转录进入小的干扰RNA时，都会有并发的丢失，这说明小干扰RNA是由异染色质环境产生的。
RITS同时也补充包含Rdp1的定向RNA聚合酶；
这个聚合酶的活性对于小干扰RNA的产生和异染色质的装配至关重要。
小干扰RNA的产生要求和argonaute一族的蛋白，例如在RITS中找到的Ago1，相关的RNA分裂酶的活性。
在已经，没有活性的保守的Ago1残余物中的突变严重地影响了dg和dh重复片段的转录，并导致了异染色质的装配不足。
Ago1的切片功能据说对异染色质的传递很重要。
由Ago1介导的转录过程而产生的小干扰RNA群除了介导沉默，促进异染色质的区域传递，还对高等序列结构的装配起关键作用也是很合理的。
然而，这种机制不能凭自己对异染色质大范围的传递做出合理的解释，因为那需要HP1族蛋白Swi6，而它作为补充参与异染色质装配的染色质修饰因子的平台在起作用。
这些发现暗示出在裂殖酵母中的RNA干扰介导的异染色质的装配可能要通过自我加固的环状结构来发生。
在这个模型中，小干扰RNA和DNA结合蛋白介导了异染色质相关因子的最初方向，从而导致了甲基化的H3K9的建立。
甲基化的H3K9和相关的沉默因子，反过来说，允许通过异染色质区对RITS的稳定结合。
假定RITS的功能是作为其它相关的RNA干扰因子用于结合的核心，例如RDRC，它对任何的dg和dh重复片段的转录过程都很重要。
由小干扰RNA指导的通过Ago1的初期重复转录的分裂被认为是产生附加的小干扰RNA群的关键步骤。
分离转录作为Rdp1的优先目的也是合理的。
Rdp1产生的双链RNA，对通过Dcr1产生小干扰RNA群是很重要的。
这些在极性物中产生的小干扰RNA群可以反作用于更多的异染色质复合体，但是可能会有副作用。
这个小干扰RNA群作用于组蛋白修饰的精密机制目前尚不清晰。
RITS对异染色质区的结合要求dg和dh的小干扰RNA群作为复合体的一部分。
这就指出RITS，被小干扰RNA群在初期转录中限制范围，可能会介导组蛋白甲基转移的补充，例如Clr4，或者小干扰RNA群会直接促进染色质修饰因子的补充，例如包含Clr4的复合体对异染色质重复的补充。
小干扰RNA群通过初期转录时的碱基对吧异染色质作为目标；
RITS和RDRC的亚结构能被交叉链接在非编码着丝粒重复上。
然而，还不知道这个结合是否仅影响重复转录过程中的因子的作用，或它是否指出除去异染色质蛋白的补充这一功能外的其他功能。
最近，RITS对初期转录的人工约束展现出对区域异染色质的装配的诱发。
然而，这一过程要求假定Dcr1是小干扰RNA群的产物。
因此，除了RITS的定向作用，其它小干扰RNA群决定的步骤要求稳定的RNA干扰介导的异染色质成核现象。
新兴的观点认为，通过与异染色质组成物相关，在特定位点结合的RNA干扰的装置，帮助促进从这些进入小干扰RNA群的位点产生的转录，因此，在极端有效地引发前转录沉默。
这个过程中产生的小干扰RNA群，也促进更长远的异染色质修饰，比如甲基化的H3K9.甲基化的H3K9确保了HP1族的蛋白例如Swi6在异染色质区的定位；
这些蛋白质，反过来，促进分离细胞活性因子的定位。
HDAC和SHREC的ATP酶活性对于核小体本身的位置实现转录沉默至关重要。
但是在沉默区的能产生小干扰RNA群的转录是怎样发生的呢？
异染色质重复区的转录
从前面部分描述的结论来看，这很有争议，异染色质重复需要被转录来产生小的干扰RNA群，而小的干扰RNA群又促进异染色质形成，是一个循环的过程。
为了支持这个观点，最近的研究表明存在于裂殖酵母基因组中的是由RNA聚合酶2来转录的，而且在聚合酶2中的突变削弱了RNA干扰介导的异染色质装配。
然而，一个明显的悖论在异染色质这里被提出，通常来说，一般认为因子不参与DNA的新陈代谢，包括转录机制。
到底聚合酶2是怎样获得像异染色质一样包装的序列啊？
因为异染色质的沉默是可以塑造的，而且能被增长的转录因子的浓缩而克服，很有争论的是促进子主导重复的转录，不像常染色体基因的促进子，逐渐变成不能通过的异染色质的抑制作用。
而且，在裂殖酵母上的一条着丝粒的重复总是被低水平的转录，但是在前转录中却被RNA干扰介导的转录过程所沉默，
重复的转录可能通过转调异染色质为参加不同的染色质过程的因子提供通道的特定的机制来增强效果。
在裂殖酵母，Swi6被认为通过对沉默因子与非沉默因子的直接补充来行使一个振动器的功能，除了聚合酶2介导的转录过程的抑制因子，Swi6也补充JjC区域包含的蛋白Epe1，这是从反面控制异染色质沉默的因子中挑选出来的。
Epe1可以在异染色质环境中特定地促进由聚合酶2介导的重复的转录。
它在自身转录中似乎并不是不可或缺的角色，因为在异染色质受破坏时，它并不是必要的。
Epe1阻碍异染色质的沉默的机制目前尚不清楚。
因为几种JmjC区域包含蛋白已经展示出催化组蛋白脱甲基，通过赖氨酸残余物的抑制甲基化的这种清除作用，Epe1理论上可以影响异染色质的稳定性。
然而，在Epe1上没有发现这种活动。
Epe1可以通过一个目前还未知的机制来调节染色质依靠Swi6和其它的机制，以异染色质位点为目标的清除因子，对异染色质的转录来说十分重要。
除了异染色质的装配，嵌在异染色质区域的重复的转录可能有其他的生物学复制。
也就是暗示着异染色质重复的转录对小的干扰RNA群的连续产品很有必要，而这个小的干扰RNA群要求能像很好的RNA诱发的沉默复合体（简称RISC）一样可以通过相似的序列来抵消以后的入侵。
RNA干扰在摧毁病毒或转座元件转录中的作用在其他的物种，包括在四膜虫属和果蝇属，是保守的。
异染色质结合的RNA干扰相关因子可能组成了一个可以有选择地产生一个能定向反对寄生DNA的元件的小的干扰RNA群的储层的记忆机制。
在裂殖酵母中，应该被说明的是，指向特定元件的RNA干扰机制能展开周围的序列，包括邻近的基因，通过一个依赖于甲基化的H3K9和Swi6的过程。
这就确保了RNA干扰机制在位于邻近的重复的序列的表达上可以发挥可遗传的控制。
多细胞生物的可重复序列的沉默
虽然由重复的DNA构成的异染色质是真核生物染色体的一个重要部分，它稳定地保证了可重复的序列，但以沉默的形式（既不移位也不重组）存在，实在是必要的，有挑战的。
一旦开始之后，异染色质的包装就通过许多的反馈循环来自我补充。
这个RNA干扰器似乎能够以多种方式来发现和回应可重复的DNA。
但是，在多细胞动物中，在开始时RNA干扰元件被用于沉默区域或者保持这些区域，到底是什么程度？
而可重复的DNA在极端的转录的决定作用又到了何种程度？
这个在先前部分描述的系统可能并不是普遍适用的，因为许多多细胞动物，包括果蝇属和哺乳动物，似乎缺少一个典型的RNA依赖性的聚合酶。
前转录基因沉默受到RNA干扰的调节，不是mRNA的降解，就是在转录中的阻碍作用，据我们所知在目前检测过的所有多细胞生物中都会发生。
在果蝇属中的的基于RNA干扰的转录基因的沉默的第一个细微的现象是来自当出现许多副本的转基因时会发生表达缺失的工作中。
随后的分析显示出PEV的阻碍在因子参与RNA干扰通道时作为突变的结果。
沉默丧失是与H3K9me2的水平减少相关的。
在其他生物中，也有相似的RNA干扰系统，果蝇中的这个系统可能是抗病毒机制的起源。
大约有三分之一的基因组是异染色质的，而且大多数的DNA是由转座子元件（既有DNA的转座子又有逆转录酶病毒）的剩余物质构成的。
果蝇属的基因编码了五个PAZ-和PIWI-区域包含蛋白——PIWI，茄子，AGO1,AGO2和AGO3——都结合了小的RNA群。
PIWI是生殖干细胞的补充，显然在沉默的逆转录转座子和在生殖系的阻碍动员上扮演了关键的角色。
PIWI和AUB都发现与从生殖系的可重复序列中推知的24-29的核苷酸的小的干扰RNA群相关。
在体外，PIWI有RNA分裂活动，而且也显示出生殖系的小干扰RNA群可能是由决定了长单链转录而不是双链的RNA的独特作用机制产生的。
而这一沉默的活动是怎样影响体壁细胞的异染色质的形成目前还不清楚。
在AGO2中的突变的影响在早期的果蝇的胚胎中以的阻碍染色体固缩，核运动，纺锤体的装配，所有可能与阻碍中心异染色质的形成相关的现象都可以清晰的被看到。
相似的阻碍在裂殖酵母和其他物种的异染色质形成失败时也可以被观察到。
在果蝇属的编码SU（VAR）3-9,HP1,DCR-2的基因发生突变后，细胞就没有了成形的细胞核，就像没有成形的异染色质。
在这种情况下，在突变的组织中额外的染色体可重复的DNA有着本质的增长。
相似的，在裂殖酵母中编码RNA干扰机制的基因发生突变时，可导致染色体完整性的缺失，包括能编码核糖体RNA的基因的高速重组。
因此，虽然可重复的DNA有着关键染色体结构，在异染色质的形式下特别地保持DNA很重要，而且基因分析也预测RNA干扰在这个过程中有着重要的作用。
在任何可识别的基于RNA干扰的RNA聚合酶活性的缺失，着可能是由目标异染色质在特殊位点的形成来完成的，不是通过DNA和蛋白的相互作用，就是通过一个基于RNA干扰的识别系统，包含了异染色质的修饰和结构。
在裂殖酵母中也与在果蝇中异染色质的传递是依靠HP1和SU（VAR）很相似。
目标异染色质的形成
虽然我们很多的结论都是以RNA干扰为机制的作为基础，很需要注意的是异染色质蛋白能通过DNA结合因子来补充特定的位点。
例如，除了由RNA干扰调控的以异染色质为目标的一些dg-和dh-相似的位于裂殖酵母的沉默交配区的重复元件，从属于ATF/CREB家族的DNA结合蛋白Atf1和Pcr1，被发现在这个区域内自主地协作地组成了SHREC来成核的异染色质装配。
相似的，异染色质成核的多余的机制也在裂殖酵母的端粒上完成，在那里TCF家族的DNA结合蛋白Tazl，与Ccq1结合，功能对比异染色质的成核的RNA干扰机制。
不说成核机制，异染色质的结合位点可以被传递，而且它能用适当可以大范围的补充的活动为细胞因子提供一个自由的序列的平台。
在哺乳动物细胞的几个例子中，HP1通过与DNA结合的复合体相互作用而被特定因子作为目标，并且似乎对在这些位点沉默有所贡献。
然而，在这些情况下，一个不同的组蛋白转甲基作用似乎是对伴随的H3K9的甲基化的回应，可是传递没有被观察到。
这先发现说明HP1和修饰组蛋白以及修饰酶之间的相互作用对异染色质的传递有重要作用。
可重复的DNA是异染色质的一个特点。
在DNA的随体中，可以知道，一个特定的DNA结合蛋白识别随从的DNA序列，因此触发了异染色质的装配。
在果蝇属中，蛋白质D1，当突变导致沉默缺失的，更倾向于结合富含（A+T）的卫星3DNA。
相似地，与异染色质相关的蛋白DDP1结合了一个保守的十二碳的卫星DNA序列；
然而，这个蛋白质有15处衔接着KH区域，也用这个序列牢固地结合着单链核苷酸，包括RNA。
最近的研究表明，DDP1在突变时引发沉默的缺失，在HP1的沉积和在着丝粒异染色质中甲基化H3K9的沉积中发挥重要作用。
DDP1结合RNA的能力，可能是RNA来调节这个反应。
除了卫星DNA的阻碍，这个存在于果蝇属基因组的可重复的序列是变化多端的。
因此，一个基于RNA的识别过程似乎是很吝啬的，这个微小现象受果蝇属第四条染色体的理论研究。
果蝇属的第四条小染色体被认为是完全地异染色质，在表格1中详解，但它在1.2兆的碱基上有88个基因。
用一个白眼性状的报告基因作图，显示出散布着的异染色质区和常染色质区的存在。
在主持细胞的区域上详细的检验导致1360DNA转座子剩余物的组成的元件，被作为异染色质起始的潜在位点：
果蝇属在1360元件内有一万个碱基，表明多样化的表型，预测了异染色质的包装和沉默，因此果蝇属报告基因远离1360元件表现出红眼，预测了常染色质的包装和全部表达。
一个直接的测试——用一个P转座子携带一个1360的副本,白眼报告基因的上游，——来证明1360用于沉默，因为当邻近的1360丢失时，报告基因的沉默很大地缺失了。
然而，稳定的异染色质只有在P元件位于着丝粒附近区域时才能被观察到，预示着要求有一个高密度的局部重复或者接近近着丝粒区的异染色质，在那里有很充裕的HP1。
基因分析预测这个沉默不仅依靠HP1和SU（VAR）3-9,也依赖于RNA干扰通路元件，尤其是AUB。
转录是否发生在目标元件1360是未知的。
小的RNA产品覆盖在果蝇属从1360和从~40其他转座子元件。
其它转座子元件，除了1360，可能是以异染色质的形成为目标的。
然而，似乎不可能所有的转座子元件都有目标，给出的图谱说明遵从4号染色体上的白眼报告基因。
目标的关键特性是未知的，但是得知转录的起始位置的存在。
许多1360的剩余物包含了一条已知可作为在多拷贝的SU（Ste）位点，导致用来抑制多拷贝基因的逆转录的产生。
这些结果暗示着转座子元件的剩余物能通过一个小RNA和一些元件会参与的转录的机制把沉默做为目标。
结果评论
可以承受大量可重复序列在它们的基因组内的真核细胞既有RNA干扰机制，又有要求基于甲基化的H3K9产生异染色质结构的酶蛋白和结构蛋白。
因此RNA干扰系统的一些特点和异染色质结构的一些特点都仅适于多细胞生物的一小部分，从常染色质到异染色质的组蛋白的关键转换似乎是普遍的。
这个RNA干扰系统本身能够通过前转录基因沉默限制基因表达，和消除侵入序列元件的危险来源。
然而，它不能产生相关的能够保证染色体完整性和有丝分裂中的染色体功能的染色质结构。
因此，前转录基因的沉默足以解释可重复的元件的沉默似乎是不可能的。
所以，重视这个表达需求和沉默需求之间微妙的平衡，保有一个迷人的模型，在这里，RNA干扰机制在产生小RNA群区参与特定的目标染色体的转座子来沉默可重复的DNA过程中扮演关键角色。
虽然基于HP1蛋白的结合及H3K9的甲基化的异染色质结构的装配为传递提供了一个基础，但对异染色质大范围的阻碍效应的分子机制还是没有全部理解。
染色体结合HP1通过染色质阴性区的低聚化似乎在调控着压缩。
然而，最新的证据表明HP1的结合是动态化的。
一个供选的观点是HP1家族蛋白促进对参与沉默和其他染色体作用的调控蛋白的补充。
而且，正如前面描述的一样，HP1家族蛋白调控有HDAC活性的SHREC的结合。
组蛋白的脱乙酰基作用，在异染色质区是普遍的特性，可能会导致转录因子对目标位点的低亲和性，或者对核小体的高等序列包装的重要性，这二者都有助于沉默。
HP1和甲基化H3K9的系统可能用几个通道来减小H3K9的乙酰作用，即活性区的一个关键特性。
来自不同系统的证据显示出一旦触发染色质结构的阻碍，就能维持许多代的细胞。
在裂殖酵母中，由RNA干扰和DNA结合因子建立的异染色质结构在体外是可遗传的，对许多子代来说，取决于Swi6和组蛋白修饰活性。
而且，最近对秀丽隐甘线虫的研究，一个已知依靠RNA干扰和染色体相关因子的沉默的可重复的DNA，表明对RNA干扰的一次曝光导致报告基因在许多代中的30%的后代隐性沉默。
从突变中的筛选影响了沉默识别的四个关键基因：
had-4,K03D10.3,isw-1和mrg-1。
与观察到曲古抑菌素A又可以发生沉默这个结果的结合，回复了沉默的保持是异染色质形成的频率，是可遗传的，甚至是在缺乏最初的RNA干扰的刺激的情况下。
虽然有关机制参与仍有待加深了解，但是很清晰RNA干扰和异染色质系统间的合适的相互作用对保障和行使我们的基因组至关重要。
注意补充证明
两个最近的出版物阐明了在果蝇属的生殖细胞系的小的重复相关的RNA的产物。
PIWI和AUB被发现与RNA相关，主要是反义的转座子，然而，AGO3是与与有义链共生的RNA相关的。
有义与无义的RNA间的补充关
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