細胞核區室化

　　真核生物細胞核內有類似于細胞區室( compar tment)的亞結構,稱為核區室( nuclea r compar tment)。核區室主要分為兩類: 染色體域( CT)和染色質間區室( IC)。核仁也是一種經典的核區室。C T與IC相互聯系、相互作用,在細胞核呈現區室化的核結構,對基因表達進行高層次的調控。20世紀70～ 80年代早期, 染色體繪圖技術( chromosome painting )證實, 每個染色體(至少對于其大部分染色質)在核內占據獨立的區域,稱為染色體域( CT)。它們是互斥的實體。進一步的研究提出,內陷的非染色質空間即染色質間通道,從CT的外周延伸到內部,形成類似“海綿”的能滲透的三維結構。CTs由不同的染色體臂和染色體區帶組成。染色體臂內G亮帶或稱R帶是早期復制區帶,基因較密,含管家基因和組織特異基因； G暗帶是中后期復制區帶,基因較少,含組織特異基因； C帶是晚期復制區帶,包括著絲粒異染色質和其他的結構異染色質, 缺少基因。R帶中基因密度更高的區段稱T帶。

　　 在人成纖維細胞中,基因含量高的染色體在核中部呈輻射狀分布,而基因含量少的染色體位于核周邊。當細胞離開細胞周期后,會放松這種位置限制。表明基因含量可能是CT定位的決定因素。染色體在核內的分布是非隨機的,但隨細胞類型的不同C T分布變異很大。即使同一細胞類型,基因活性的改變,不同的分化階段,細胞周期的不同時項,核結構都會有顯著的改變。

　　 染色質間區室目前有兩種觀點: ① Cremer 等提出染色質間區與其內含物及其由染色質域表面提供的邊界,構成了染色質間區室( IC)。② IC是染色質間區動態集聚的實體, 如Cajal小體、核斑( nuclea r speckle )、PML小體、核苷酸切除修復體( nucleo tide exci sio nrepai r, N ER)等。C Ts和ICs構成了區室化的核結構。兩者協同演化,相互作用,影響基因及其轉錄相關因子的定位,進而調控基因表達,將這種調控方式稱為C T-IC模式。

　　 IC,或在伸入染色質間區的染色質環上(圖1)。深入CT的染色質間通道增大了CT的表面積,使得CT內部的基因也可位于C T的內表面,從而與IC接觸。相應的,沉默的基因位于緊密染色質域內部而與轉錄裝置隔離。觀測到一些基因活性區域會逃逸CT的束縛,形成染色質環。如人成纖維細胞MHL-II基因簇經IFNγ誘導后,從6號染色體中游離成環。不僅如此,持續沉默的基因有必要與持續活化的基因隔開,而定位于不同的染色質區室。作為基因活化與沉默的重要機制,基因表達模式的穩定改變,需要染色質高級結構的變動,以使相應基因位于開放或關閉的染色質區室[6 ]。哺乳動物血細胞發育的研究提供了很好的例證。B、T淋巴細胞發育中的沉默基因經歷變動, 以定位于旁著絲粒異染色質區[13 ]。在黑腹果蠅( dro sophila melanogaster)常染色質的一個brow n 等位基因中插入一段異染色質后,兩等位基因與著絲粒異染色質關聯,致使野生型等位基因的轉錄失活。

　　 一定區域招募功能不同的因子的能力可決定染色質功能狀態。染色質結合蛋白的動態交換使調節因子得以到達染色質。過表達抑制蛋白或激活蛋白,并同時檢測報告基因在不同染色體位點的表達,表明抑制因子的持續提供將維持異染色質結構,而激活因子的上調將消除異染色質化對基因的抑制。

　　 研究表明,增強子有抗沉默的作用。轉基因試驗中,增強子足以使基因離開異染色質區并抑制基因沉默,表明增強子通過抑制基因定位到異染色質區而維持基因表達。轉錄起始因子結合到增強子可促基因被招募到富含染色質變構復合物、組蛋白乙酰化酶及其它轉錄裝置機組分的核區室。基于此提出一種調節元件激活機制: 轉錄激活因子結合到調節元件而破壞其與本地異染色質的相互作用,基因從而可進入活性核區室。基因表達的調控一方面通過順式作用元件和調節因子的相互作用可以改變基因定位； 另一方面IC通過對相關因子的匯集、阻滯調控基因轉錄。