معلومة

شك في الكود الجينومي لتحديد المواقع النووية؟

شك في الكود الجينومي لتحديد المواقع النووية؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

كنت أقرأ "رمز الجينوم لتحديد المواقع النووية" (بقلم إيران سيغال وآخرون). ولدي شكوك.

يوضح الشكل (ب) في هذه الصورة من الورقة الرسم البياني للكسر (متوسط ​​متحرك 3-bp) من AA / TA / TT ثنائي النوكليوتيدات من تسلسل الحمض النووي للنيوكليوزوم الذي قاموا بتحليله إحصائيًا بقدر ما أفهم. ما هو المتوسط ​​المتحرك 3 نقاط أساس هنا؟ كما أنني لا أفهم كيف اختاروا المركز 0 (ما يسمى ثنائي). ماذا يعني أيضًا وجود تذبذبات (ارتباط؟) في هذا الرسم البياني؟


تحديث: أقوم بإضافة بعض المعلومات التكميلية المتعلقة بالعثور على الكسور ثنائية النوكليوتيد. ما زلت لا أفهم لماذا تم العثور على الكسر كذلك؟


Dyad هو مركز الحمض النووي الذي يلتف حول النواة النووية (وهو أساسًا مركز تناظر الجسيم النووي). من الممارسات الشائعة ضبطه على 0 ، وبالتالي جعل نصف الحمض النووي الوارد نصف ، والسالب ، والحمض النووي الخارج ، موجبًا.

من خلال التذبذبات ، يشير المؤلفون إلى وجود تكرار دوري لـ A / T ثنائي النوكليوتيد. IMO في الواقع ليس من الصحيح أن نسميها التذبذب الذي يستخدم في الغالب في المعنى الديناميكي للدورة الزمنية.

أعتقد أن هذا هو المقصود بـ متوسط ​​متحرك 3-nt:

لديك احتمالات ثنائية النوكليوتيد مشروطة لكل موضع (كما هو موضح في الشكل). الآن تقوم بحساب احتمال A / T ثنائي النوكليوتيد وهو:

ص[في] = صAA + صفي + صTT + صتا

الآن تجد المتوسط ​​المتحرك لـ 3 خطوات:

ماجستير(ن) = (1/3) × (ص[A / T] (ن) + ص[A / T] (ن -1) + ص[A / T] (ن -2)) أين ن هو نذ موقف الحمض النووي

تعد تعديلات هيستون مكونات أساسية لتعبئة الكروماتين ، ولكن ما إذا كانت تشكل "رمزًا" قد تم الطعن فيه. نعتقد أن القضية المركزية هي السببية: هل تعديلات الهيستون مسؤولة عن الاختلافات بين حالات الكروماتين ، أم أن الاختلافات في التعديلات هي في الغالب عواقب للعمليات الديناميكية ، مثل النسخ وإعادة تشكيل النواة؟ نجد أن استنتاجات السببية غالبًا ما تستند إلى الارتباط وأن أنماط بعض تعديلات الهيستون الرئيسية يمكن تفسيرها بسهولة على أنها عواقب لاضطراب النواة في وجود إنزيمات معدلة للهيستون. نقترح أن نموذج إمكانية الوصول إلى الحمض النووي البالغ من العمر 35 عامًا يوفر أساسًا سليمًا ميكانيكيًا لفهم دور النيوكليوسومات في تنظيم الجينات والوراثة اللاجينية. بناءً على وجهة النظر هذه ، تساهم تعديلات ومتغيرات هيستون في تنويع مشهد الكروماتين المشكل من خلال عمليات ديناميكية مدفوعة أساسًا بالنسخ وإعادة تشكيل النواة.

نحن نستخدم ملفات تعريف الارتباط للمساعدة في تقديم وتحسين خدماتنا وتخصيص المحتوى والإعلانات. من خلال الاستمرار فإنك توافق على استخدام ملفات تعريف الارتباط .


يكتشف العلماء شفرة جينية لتنظيم الحمض النووي داخل النواة

يتم ضغط الحمض النووي - الجزيء الطويل الرفيع الذي يحمل مادتنا الوراثية - حول سقالات البروتين في نواة الخلية إلى كرات صغيرة تسمى الجسيمات النووية. النوكليوزومات الشبيهة بالخرز مدمجة على طول الكروموسوم بأكمله ، وهو نفسه مطوي ومعبأ ليلائم النواة. ما الذي يحدد كيف ومتى وأين سيتم وضع النوكليوسوم على طول تسلسل الحمض النووي؟ نجح الدكتور إيران سيغال والطالب البحثي يائير فيلد من قسم علوم الكمبيوتر والرياضيات التطبيقية في معهد وايزمان للعلوم ، جنبًا إلى جنب مع زملاء من جامعة نورث وسترن في شيكاغو ، في فك الشفرة الجينية التي تحدد القواعد الخاصة بمكان وجود الحمض النووي. سيتم تحديد موقع النيوكليوسومات. ظهرت النتائج التي توصلوا إليها اليوم في مجلة Nature.

من المعروف أن الموقع الدقيق للنيوكليوسومات على طول الحمض النووي يلعب دورًا مهمًا في وظيفة الخلية اليومية ، حيث يتم حظر الوصول إلى الحمض النووي الملفوف في النواة أمام العديد من البروتينات ، بما في ذلك تلك المسؤولة عن بعض العمليات الأساسية في الحياة. من بين هذه البروتينات المحظورة العوامل التي تبدأ في تكرار الحمض النووي والنسخ (نقل المعلومات الجينية من الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي) وإصلاح الحمض النووي. وبالتالي ، فإن تحديد مواقع النيوكليوسومات يحدد الأجزاء التي يمكن أو لا يمكن أن تحدث فيها هذه العمليات. هذه القيود كبيرة: يتم تغليف معظم الحمض النووي في النيوكليوسومات. يحتوي النوكليوزوم المنفرد على حوالي 150 قاعدة جينية ("الأحرف" التي تشكل تسلسلًا جينيًا) ، بينما يبلغ طول المنطقة الحرة بين الجسيمات الجينية المجاورة حوالي 20 قاعدة فقط. يمكن بدء عمليات مثل النسخ في هذه المناطق الخالية من النواة.

لسنوات عديدة ، كان العلماء غير قادرين على الاتفاق على ما إذا كان يتم التحكم في وضع النوكليوسومات في الخلايا الحية من خلال التسلسل الجيني نفسه. نجح سيغال وزملاؤه في إثبات أن تسلسل الحمض النووي يشفر بالفعل معلومات "تقسيم المناطق" حول مكان وضع النيوكليوسومات. كما قاموا بتمييز هذا الرمز ، وبعد ذلك ، باستخدام تسلسل الحمض النووي وحده ، تمكنوا من التنبؤ بدقة بعدد كبير من مواقع الجسيمات النووية في خلايا الخميرة.

حقق سيغال وزملاؤه هذا من خلال فحص حوالي 200 موقع نووي مختلف على الحمض النووي والسؤال عما إذا كانت تسلسلها لها شيء مشترك. كشف التحليل الرياضي عن أوجه تشابه بين التسلسلات المرتبطة بالنيوكليوسوم وكشف في النهاية عن "كلمة مشفرة" محددة. تتكون هذه "كلمة السر" من إشارة دورية تظهر كل 10 قواعد في التسلسل. يساعد التكرار المنتظم لهذه الإشارة مقطع الحمض النووي على الانحناء بحدة في الشكل الكروي المطلوب لتشكيل جسيم نووي. لتحديد رمز تحديد موقع النواة هذا ، استخدم فريق البحث نماذج احتمالية لتوصيف التسلسلات المرتبطة بالنيوكليوسومات ، ثم طوروا خوارزمية كمبيوتر للتنبؤ بالتنظيم المشفر للنيوكليوسومات على طول كروموسوم كامل.

قدمت النتائج التي توصل إليها الفريق نظرة ثاقبة حول لغز آخر لطالما كان محيرًا لعلماء الأحياء الجزيئية: كيف توجه الخلايا عوامل النسخ إلى المواقع المقصودة على الحمض النووي ، على عكس العديد من المواقع المماثلة ولكن غير ذات الصلة وظيفيًا على طول التسلسل الجيني؟ لا تحتوي مواقع الربط القصيرة نفسها على معلومات كافية لتمييز عوامل النسخ بينها. أظهر العلماء أن المعلومات الأساسية حول الصلة الوظيفية لموقع الربط يتم ترميزها جزئيًا على الأقل في كود تحديد موقع النواة: تم العثور على المواقع المقصودة في مقاطع خالية من النوكليوزومات ، مما يسمح بالوصول إليها من خلال عوامل النسخ المختلفة. على النقيض من ذلك ، فإن مواقع الربط الزائفة ذات الهياكل المتطابقة التي يمكن أن تنحرف عن عوامل النسخ تقع في مكان ملائم في الأجزاء التي تشكل الجسيمات النووية ، وبالتالي يتعذر الوصول إليها في الغالب.

نظرًا لأن البروتينات التي تشكل جوهر النواة هي من بين أكثر البروتينات المحفوظة تطوريًا في الطبيعة ، يعتقد العلماء أن الكود الجيني الذي حددوه يجب أن يتم حفظه أيضًا في العديد من الكائنات الحية ، بما في ذلك البشر. عادة ما تكون العديد من الأمراض ، مثل السرطان ، مصحوبة أو ناجمة عن طفرات في الحمض النووي والطريقة التي ينتظم بها في الكروموسومات. قد تتأثر هذه العمليات الطفرية بإمكانية الوصول النسبي للحمض النووي إلى البروتينات المختلفة وبتنظيم الحمض النووي في نواة الخلية. لذلك ، يعتقد العلماء أن كود تحديد المواقع النووي الذي اكتشفوه قد يساعد العلماء في المستقبل في فهم الآليات الكامنة وراء العديد من الأمراض.

يتم دعم أبحاث الدكتور عيران سيغال من قبل صندوق Arie و Ida Crown Memorial Charitable ومؤسسة Estelle Funk.

معهد وايزمان للعلوم في رحوفوت ، إسرائيل ، هو واحد من أفضل المؤسسات البحثية متعددة التخصصات في العالم. يشتهر المعهد باستكشافه الواسع النطاق للعلوم الطبيعية والدقيقة ، وهو موطن لـ 2500 عالم وطالب وفني وموظف دعم. تشمل جهود البحث في المعهد البحث عن طرق جديدة لمكافحة المرض والجوع ، ودراسة الأسئلة الرئيسية في الرياضيات وعلوم الكمبيوتر ، واستكشاف فيزياء المادة والكون ، وإنشاء مواد جديدة ، وتطوير استراتيجيات جديدة لحماية البيئة.

تنصل: AAAS و EurekAlert! ليست مسؤولة عن دقة النشرات الإخبارية المرسلة على EurekAlert! من خلال المؤسسات المساهمة أو لاستخدام أي معلومات من خلال نظام EurekAlert.


التعطش للعلم

في عام 2006 ، نشر سيغال ورقة حاولوا فيها نمذجة الموقع والتنبؤ به بناءً على إشارات التسلسل المحلية. في الورقة ، قارنوا نموذجهم بعدد من مجموعات البيانات المنشورة سابقًا (غالبًا منخفضة الدقة أو مجموعات بيانات صغيرة الحجم) من أجل المطالبة بدقة تبلغ حوالي 50٪. في ورقة لاحقة ، Narlikar et. آل. (مجموعة مستقلة من عمل سيغال) أظهرت أن استخدام معلومات تحديد الموقع ، نموذج سيغال ، يمكن أن يكون مفيدًا عند النظر إلى الشبكة التنظيمية.

قبل شهرين ، رأيت جوناثان ويدوم يتحدث عن النتائج الأولية لأعمال المتابعة لنموذج سيغال & # 8217s الأصلي. منذ ورقة سيغال ، قام عدد من المجموعات بنشر تعيينات على نطاق أوسع وذات دقة أعلى لتحديد المواقع النووية ، بما في ذلك Lee et. آل. ورقة (2007). قدمت مجموعات البيانات هذه مجموعات بيانات أكبر وأفضل والتي تم استخدامها لتحسين نماذج تحديد المواقع. بينما لم أر & # 8217 بعد أن تم نشر النموذج الأحدث الذي تحدثت عنه Widom ، بدا أنه يحتوي على تحسينات واعدة على النسخة الأصلية.

منظور مختلف تمامًا عن النيوكليوسومات له علاقة بديناميات هيستون. كتبت من قبل عن بعض الأعمال الأنيقة في Histone Turnover ، ولكن مؤخرًا Shivaswamy et. آل. اتخذ نهجًا مختلفًا لحل المشكلة. قارنوا بين موضع النوكليوسومات في ظروف الصدمة الطبيعية مقابل الصدمة الحرارية وأظهروا بعض التغييرات المثيرة للاهتمام المتعلقة بالنسخ. لقد طرحوا أيضًا نموذجًا تكون فيه بعض النيوكليوسومات في وضع جيد مع النيوكليوزومات المجاورة ببساطة حول هذه النوكليوزومات المحددة جيدًا. أعرف مؤلفي هذه الورقة وهم مهتمون باستكشاف التغيرات النووية في مجموعة متنوعة من الظروف.

هناك منظورين إضافيين في الأفق: تأثيرات الجينات الفردية على التموضع ومرونة التموضع خلال التطور. قدمت Desiree Tillo حديثًا مثيرًا للاهتمام في الاجتماع الأخير لعلم الأحياء في أنظمة CSHL حول أعمال المتابعة الخاصة بهم إلى Lee et. آل. (2007). وبالتحديد ، يقومون بفحص وضع الجسيم النووي في عدد كبير من السلالات الطافرة (الأليلات الشرطية للأساسيات وحذف العناصر غير الأساسية) وكذلك عندما يتم تحدي الخميرة بمثبطات الجزيئات الصغيرة للأنزيمات المعدلة للهيستون. أنا على دراية بمجموعتين على الأقل تعملان على منظور أكثر تطوريًا ، ولكن فقط في المراحل المبكرة جدًا.

أنا بالتأكيد لست خبيرًا في هذا المجال ، لأن معرفتي الحالية تنبع إلى حد كبير من هذه الأوراق وبعض المحادثات. هذا المجال ساخن حاليًا ويتم إحراز تقدم سريع & # 8230. لذلك ربما أفتقد العديد من الأوراق الرئيسية في المنطقة (نرحب باقتراحات القراءة). بالنظر إلى التأثير المحتمل للنيوكليوسومات على التنظيم ، سأستمر في متابعته ببعض الاهتمام.


وضع النوكليوزوم في الخمائر: الطرق والخرائط والآليات

يتم حزم الحمض النووي حقيقيات النوى في نيوكليوسومات. خلال العقد الماضي ، كشف رسم خرائط النواة على مستوى الجينوم عبر الأنواع عن درجة عالية من الترتيب في مواقع الجينات. هناك تنظيم نووي نمطي محفوظ حول مواقع بدء النسخ (TSSs) مع منطقة مستنفدة للنيوكليوزوم (NDR) في الجزء العلوي من TSS ومجموعة منتظمة محاذاة لـ TSS من النيوكليوزومات المتباعدة بشكل متساوٍ في اتجاه مجرى النهر على جسم الجين. نظرًا لأن النيوكليوسومات تعيق إلى حد كبير الوصول إلى الحمض النووي وبالتالي توفر مستوى مهمًا من تنظيم الجينوم ، فمن الأهمية العامة فهم الآليات التي تولد وضع النوكليوزوم وخاصة نمط مصفوفة NDR النمطي. نحن نركز هنا على النماذج الأكثر تقدمًا ، الخمائر أحادية الخلية ، ونراجع التقدم في رسم خرائط النيوكليوسومات وأي آليات تحديد المواقع النووية التي تمت مناقشتها. هناك أربعة جوانب ميكانيكية: كيف يتم إنشاء NDRs؟ كيف يتم وضع النيوكليوسومات الفردية ، خاصة تلك التي تحيط بـ NDRs؟ كيف النيوكليوسومات متباعدة بشكل متساوٍ مما يؤدي إلى مصفوفات منتظمة؟ كيف تتم محاذاة المصفوفات العادية في TSSs؟ المرشحون الرئيسيون لمحددات تحديد موقع النواة هي تفضيلات ربط الحمض النووي الجوهرية لأوكتامر هيستون ، وعوامل ربط الحمض النووي المحددة ، وإنزيمات إعادة تشكيل الجسيمات النووية ، والنسخ ، وتحديد المواقع الإحصائية. نلخص حالة الفن في نموذج تكاملي حيث يتم وضع النيوكليوسومات من خلال مجموعة من كل هذه المحددات المرشحة. نسلط الضوء على غلبة الآليات النشطة التي تنطوي على إنزيمات إعادة تشكيل النيوكليوزوم والتي يمكن تجنيدها بواسطة عوامل ربط الحمض النووي وآلية النسخ. في حين ظهر هذا الإطار الآلي بوضوح خلال السنوات الأخيرة ، لا تزال العوامل المعنية وآلياتها غير مفهومة جيدًا وتتطلب جهودًا مستقبلية تجمع بين النهج في الجسم الحي والمختبر.

هذه معاينة لمحتوى الاشتراك ، والوصول عبر مؤسستك.


نقاش

النيوكليوسومات هي هياكل ديناميكية - يمكن أن تتكشف أو تُنقل أو تُفك جزئيًا بمساعدة إنزيمات إعادة تشكيل الكروماتين أو بالتقلبات الحرارية وحدها (51 ، 61 - 64). بالإضافة إلى ذلك ، يتم طي المصفوفات النووية في ألياف الكروماتين ، والتي بدورها تشكل هياكل معقدة وديناميكية عالية الترتيب (65). وبالتالي ، يمكن أن تختلف درجة إمكانية الوصول إلى الحمض النووي النووي إلى نوكليازات مثل MNase بشكل كبير اعتمادًا على مدى حركة النواة وما إذا كانت موجودة داخل كروماتين مفتوح أو مغلق. قد تساهم عوامل متعددة في التنقل النووي ، بما في ذلك تسلسل الحمض النووي ، وعمل إعادة تشكيل الكروماتين والتفاعلات مع البروتينات غير المرتبطة بالحمض النووي مثل مكونات آلية النسخ (28 ، 31 ، 47 ، 66-68). قد تمنع مثل هذه التفاعلات تكوين النوكليوسوم عن طريق الاستبعاد الفراغي وتسهيله عن طريق إنشاء اتصالات مواتية مع أوكتامر هيستون و / أو DNA nucleosomal.

نوضح هنا أن النيوكليوسومات تظهر مجموعة واسعة من الحساسيات لـ MNase (43 ، 45 ، 46) ، وبالتالي يحدد تركيز MNase أي النيوكليوزومات سيتم عزلها بشكل تفضيلي في تجارب هضم النيوكلياز. في الواقع ، في تركيزات MNase الأعلى المستخدمة عادةً في تجارب رسم الخرائط النووية لتقليل الكروماتين إلى أحاديات النواة ، فقط النوكليوزومات المقاومة لـ MNase ستنتج DNA بطول أحادي النواة تقريبًا ، بينما سيتم هضم الحمض النووي للنيوكليوسومات الحساسة لـ MNase وفقدانها من النطاق أحادي النواة. على النقيض من ذلك ، في تركيزات MNase المنخفضة ، ستساهم شظايا الحمض النووي أحادي النواة بشكل أساسي بواسطة النيوكليوسومات الحساسة لـ MNase ، في حين أن النيوكليوسومات المقاومة للـ MNase سوف تتوافق مع شظايا DNA أطول (ثنائي ، ثلاثي النواة ، إلخ). تمشيا مع هذه الفكرة ، وجدنا أن عمليات الهضم بتركيزات عالية ومنخفضة من MNase تنتج مجموعات فرعية نواة مميزة في كل من 0-12 ساعة. ذبابة الفاكهة الأجنة وخلايا S2 (الشكل التكميلي S3A) ، مع نيوكليوسومات حساسة لـ MNase ومقاومة MNase تظهر توقيعات تسلسلية فريدة (الشكل 3 ، الشكل التكميلي S5). علاوة على ذلك ، فإن العديد من شظايا أحادية النواة تكون أقصر من طول الحمض النووي النووي الكنسي البالغ 147 نقطة أساس ، مما يشير إلى أنه ، على غرار خميرة الخباز (39) ، فإن جزءًا كبيرًا من نواة الذبابة غير مغلف جزئيًا ويهضم بشكل مفرط بواسطة MNase. لقد استخدمنا الترسيب المناعي للكروماتين ضد هيستونات H3 و H2B للتأكد من أن شظايا الحمض النووي الأقصر هذه ، وكذلك جميع الأجزاء الأخرى التي تم تحليلها بواسطة MNase HIGH - و MNase LOW -seq ، مرتبطة ببروتينات الهيستون.

أخيرًا ، نلاحظ أن المناطق المستنفدة للنيوكليوسوم الواسع المنبع من TSS (69) مخصبة بالفعل في النيوكليوسومات الحساسة لـ MNase ، لم يتم اكتشاف هذه النيوكليوزومات عند تركيزات MNase أعلى. من أجل توفير خريطة أكثر شمولاً لتحديد المواقع النووية ، استخدمنا شظايا أحادية وثنائية النواة معزولة عند تركيز منخفض من MNase في خلايا S2. تتوافق شظايا أحادية النواة مع النيوكليوزومات التي يمكن الوصول إليها من MNase والتي يتم إطلاقها بسهولة من الكروماتين ، بينما تحتوي الأجزاء ثنائية النواة والأجزاء الأطول على نيوكليوسومات من مناطق يتعذر الوصول إليها من MNase. نلاحظ أن شظايا الحمض النووي المقابلة لأكثر من نواة (وبالتالي مرتبطة بمناطق الكروماتين التي يتعذر الوصول إليها) لم يتم تسلسلها (الشكل التكميلي S4A). ومع ذلك ، يتجاوز تحليلنا النهج القياسي لتحديد وحيدات النواة بتركيز عالٍ من MNase ، مما يوفر صورة أكثر شمولاً عن ذبابة الفاكهة الكروماتينية.

بشكل ملحوظ ، وجدنا أن النيوكليوسومات التي كانت حساسة لـ MNase عندما نمت الخلايا وحصدها عند 27 درجة مئوية تصبح مقاومة MNase عندما تنخفض درجة الحرارة إلى 18 درجة مئوية (الشكل 2). نظرًا لأن هذا التغير في درجة الحرارة صغير جدًا بحيث لا يؤثر بشكل كبير على مقياس التقلبات الحرارية ، فإننا نفترض أن الخسارة الملحوظة لإمكانية وصول الحمض النووي إلى MNase يرجع إلى التغيرات في بنية الكروماتين عالية الترتيب بدلاً من الديناميكيات المنشطة حرارياً للنيوكليوسومات الفردية. هذا يتوافق مع ملاحظتنا أن مناطق الكروماتين المفتوحة والمغلقة مخصبة في نيوكليوسومات حساسة لـ MNase ومقاومة MNase ، على التوالي (الشكل 4). من الممكن أيضًا أن يؤدي خفض درجة الحرارة إلى تعديل النشاط الإنزيمي لمُعاد تشكيل الكروماتين ، مما يعيق انتقال الجسيم النووي ، وتكشف وتبادل الهيستون ، ويجعل النيوكليوزومات أقل عرضة لهضم النيوكليز.

يكشف فرز الجينات حسب مستويات التعبير عن ثنائية ملفتة للنظر في التنظيم النووي حول TSS: في الجينات النشطة نلاحظ صفائف مرحلية من النيوكليوسومات جيدة الموضع ، بينما في الجينات الصامتة المرحلية فيما يتعلق بـ TSS تُفقد (الشكل 1 ، الشكل التكميلي S6). تتوافق هذه الملاحظة مع فكرة مفادها أن مصفوفات النوكليوسومات الموجودة في محيط الجينات النشطة ترتكز من خلال التفاعلات مع العوامل التنظيمية ومكونات آلية النسخ (28). في المقابل ، يتم وضع النيوكليوسومات في الجينات الصامتة في المقام الأول من خلال خصوصية التسلسل الجوهري لتفاعلات هيستون - دنا. من المحتمل أن يكون نطاق طاقات تكوين النوكليوسوم الخاص بالتسلسل المرصود مع الحمض النووي الجينومي صغيرًا جدًا بحيث لا يوفر مراحل قوية لمصفوفات النوكليوزوم ، مما ينتج عنه سائل جسيم نووي بدلاً من مجموعة شبيهة بالبلورات من النيوكليوسومات جيدة الموضع (60). ومن المثير للاهتمام ، أن النيوكليوسومات تتدرج أيضًا بقوة في المنطقة المجاورة لـ DHS (بعضها بعيد عن أي مناطق تشفير) (الشكل 5). من المحتمل أن ينتج هذا التدرج عن التفاعلات بين النيوكليوسومات والعوامل المرتبطة بالمواقع شديدة الحساسية ، والتي قد تخلق حواجز وآبار محتملة على مشهد الطاقة الخالية من النواة من خلال اتصالات مواتية مع النيوكليوسومات والإقصاء الستيري (24 ، 58).

تم استخدام هذه الملاحظات لبناء نموذج فيزيائي حيوي لتوزيع النوكليوسوم في المناطق الجينية ، حيث يتم وضع النوكليوسوم +1 مباشرة في اتجاه مجرى TSS من خلال التفاعلات مع أجهزة إعادة تشكيل الكروماتين بوساطة مكونات آلية النسخ في الجينات النشطة (الشكل 6). يتم بعد ذلك وضع النيوكليوسومات الأخرى عن طريق الاستبعاد الفراغي ، مع تأثيرات تعتمد على التسلسل وإعادة تشكيل نشطة توفر تحسينات إضافية (24 ، 47 ، 48 ، 50 ، 70). في الجينات الصامتة ، الموضع المعتمد على التسلسل وإعادة التشكيل النشط غير قادرين على طور النوكليوزومات في غياب +1 nucleosome ، والذي يعمل على تنوي الصفيف. بشكل عام ، نجح نموذجنا في إعادة إنتاج أنماط شغل النواة في كل من الجينات النشطة والصامتة.

ومن المثير للاهتمام ، أن النوكليوسوم +1 ، الذي يثبت في إطارنا المصفوفة بأكملها ، يُظهر أيضًا أعلى معدلات دوران هيستون (الشكل التكميلي S7). ترتبط معدلات تبادل هيستون وحساسية MNAse عند +1 nucleosome مع شغل RNA Pol II بالقرب من TSS. وهكذا يبدو أن وجود بوليميراز الحمض النووي الريبي يعمل على استقرار النوكليوزوم +1 ، ويحدد موقعه بدقة إلى درجة لا يمكن تحقيقها بتسلسل الحمض النووي وحده ، وفي نفس الوقت يزيد من معدلات تبادل هيستون. يتطلب الأخير آلية إعادة تشكيل نشطة حيث يجب إعاقة تبادل هيستون المنشط حرارياً إذا تم تثبيت النيوكليوسوم من خلال التفاعلات مع العوامل الخارجية مثل Pol II.


محتويات

هيكل الجسيمات الأساسية تحرير

نظرة عامة على التحرير

قدمت الدراسات الهيكلية الرائدة في الثمانينيات من قبل مجموعة آرون كلوج أول دليل على أن ثمانيًا من بروتينات الهيستون يلف الحمض النووي حول نفسه في حوالي 1.7 لفة من حلزونات أعسر. [18] في عام 1997 تم حل أول هيكل بلوري قريب من الدقة الذرية للنيوكليوسوم من قبل مجموعة ريتشموند ، مع عرض أهم تفاصيل الجسيم. تم تطوير الحمض النووي البشري المتناوب للقمر الصناعي ألفا وهو حاسم لتحقيق البنية البلورية للنيوكليوسوم لعام 1997 من قبل مجموعة بانيك في مختبر أوك ريدج الوطني في تينيسي. [19] [20] [21] [22] [23] تم حل هياكل أكثر من 20 جسيمًا نواة مختلفًا حتى الآن ، [24] بما في ذلك تلك التي تحتوي على متغيرات هيستون وهستونات من أنواع مختلفة. يتم الحفاظ على بنية الجسيم الأساسي للنيوكليوسوم بشكل ملحوظ ، وحتى تغيير أكثر من 100 من البقايا بين هيستونات الضفدع والخميرة ينتج عنه خرائط كثافة الإلكترون مع جذر متوسط ​​الانحراف التربيعي الإجمالي 1.6 درجة فقط. [25]

تحرير الجسيم النواة (NCP)

يتكون الجسيم الأساسي للنيوكليوسوم (كما هو موضح في الشكل) من حوالي 146 زوجًا أساسيًا من الحمض النووي [10] ملفوفًا في 1.67 يدور فوق حلزوني أعسر حول أوكتامر هيستون ، ويتكون من نسختين من كلٍ من الهستونات الأساسية H2A و H2B و H3 و H4. ترتبط النيوكليوسومات المجاورة بامتداد من الحمض النووي الحر يطلق عليه DNA الرابط (والذي يختلف طوله من 10 إلى 80 نقطة أساس حسب النوع ونوع الأنسجة [17]) ، ويولد الهيكل بأكمله أسطوانة قطرها 11 نانومتر وارتفاعها 5.5 نانومتر. .

يتم ملاحظة الجسيمات الأساسية للنيوكليوسوم عند معالجة الكروماتين في الطور البيني لإحداث انفتاح جزئي للكروماتين. الصورة الناتجة ، عن طريق المجهر الإلكتروني ، هي "خرز على خيط". الخيط هو الحمض النووي ، بينما كل حبة في النواة هي جسيم أساسي. يتكون الجسيم الأساسي للنيوكليوسوم من الحمض النووي وبروتينات هيستون. [29]

يكشف هضم الدناز الجزئي للكروماتين عن هيكله النووي. نظرًا لأن أجزاء الحمض النووي من الجسيمات الأساسية للنيوكليوسوم لا يمكن الوصول إليها من قبل DNAse من أقسام الربط ، يتم هضم الحمض النووي إلى أجزاء من أطوال مساوية لتعدد المسافة بين النواة (180 ، 360 ، 540 زوجًا قاعديًا وما إلى ذلك). ومن ثم فإن نمطًا مميزًا جدًا مشابهًا للسلم يكون مرئيًا أثناء الفصل الكهربائي للهلام لهذا الحمض النووي. [26] يمكن أن يحدث هذا الهضم أيضًا في ظل الظروف الطبيعية أثناء موت الخلايا المبرمج ("انتحار الخلية" أو موت الخلية المبرمج) ، لأن التدمير الذاتي للحمض النووي عادةً ما يكون دوره.

تفاعلات البروتين داخل nucleosome Edit

تحتوي بروتينات هيستون الأساسية على نموذج هيكلي مميز يسمى "طية هيستون" ، والتي تتكون من ثلاث حلزونات ألفا (α1-3) مفصولة بحلقتين (L1-2). في المحلول ، تشكل الهستونات مغاير H2A-H2B و H3-H4 heterotetramers. تتضاءل الهستونات حول حلزونات α2 الطويلة في اتجاه مضاد موازٍ ، وفي حالة H3 و H4 ، يشكل اثنان من ثنائيات الثنائيات حزمة من 4 حلزون مثبتة بتفاعل H3-H3 المكثف. يرتبط ثنائي H2A / H2B برباعي H3 / H4 بسبب التفاعلات بين H4 و H2B ، والتي تتضمن تكوين مجموعة كارهة للماء. [11] يتشكل أوكتامر الهستون بواسطة رباعي H3 / H4 مركزي محصور بين ثنائيات H2A / H2B. بسبب الشحنة الأساسية العالية لجميع الهستونات الأساسية الأربعة ، فإن أوكتامر هيستون يكون مستقرًا فقط في وجود الحمض النووي أو تركيزات عالية جدًا من الملح.

هيستون - تحرير تفاعلات الحمض النووي

يحتوي النوكليوسوم على أكثر من 120 تفاعلًا مباشرًا بين البروتين والحمض النووي وعدة مئات من التفاعلات المائية. [30] لا تنتشر تفاعلات الدنا والبروتين المباشر بالتساوي حول سطح الثماني بل تقع في مواقع منفصلة. ويرجع ذلك إلى تكوين نوعين من مواقع ربط الحمض النووي داخل أوكتامر موقع α1α1 ، والذي يستخدم الحلزون α1 من هستونات متجاورة ، وموقع L1L2 الذي تشكله الحلقات L1 و L2. تشكل روابط الملح والروابط الهيدروجينية بين كل من مجموعات السلسلة الجانبية الأساسية ومجموعة الهيدروكسيل وأميدات السلسلة الرئيسية مع فوسفات العمود الفقري للحمض النووي الجزء الأكبر من التفاعلات مع الحمض النووي. هذا أمر مهم ، بالنظر إلى أن التوزيع في كل مكان للنيوكليوسومات على طول الجينوم يتطلب أن يكون عامل ربط DNA غير محدد التسلسل. على الرغم من أن النيوكليوسومات تميل إلى تفضيل بعض تسلسلات الحمض النووي على غيرها ، [31] إلا أنها قادرة على الارتباط عمليًا بأي تسلسل ، والذي يُعتقد أنه يرجع إلى المرونة في تكوين هذه التفاعلات التي تتم بوساطة الماء. بالإضافة إلى ذلك ، يتم إجراء تفاعلات غير قطبية بين السلاسل الجانبية للبروتين ومجموعات الديوكسيريبوز ، وتتداخل سلسلة جانبية أرجينين في أخدود ثانوي للحمض النووي في جميع المواقع الأربعة عشر حيث تواجه سطح الأوكتامر. يؤدي توزيع وقوة مواقع ربط الحمض النووي حول سطح الثماني إلى تشويه الحمض النووي داخل النواة النووية. الحمض النووي غير منحني بشكل موحد ويحتوي أيضًا على عيوب ملتوية. يبلغ تحريف الحمض النووي الحر من النوع B في المحلول 10.5 نقطة أساس لكل دورة. ومع ذلك ، فإن الالتواء الكلي للحمض النووي النووي هو 10.2 نقطة أساس فقط لكل دورة ، وتتراوح من 9.4 إلى 10.9 نقطة أساس لكل دورة.

هيستون مجالات الذيل تحرير

تشكل امتدادات ذيل الهيستون ما يصل إلى 30 ٪ من كتلة الهيستونات ، ولكنها غير مرئية في الهياكل البلورية للنيوكليوسومات بسبب مرونتها الجوهرية العالية ، ويُعتقد أنها غير منظمة إلى حد كبير. [٣٢] تمر الأطراف الطرفية N للهيستونات H3 و H2B عبر قناة تكونت من الأخاديد الصغيرة في خيطي DNA ، وتبرز من الحمض النووي كل 20 نقطة أساس. من ناحية أخرى ، يحتوي الذيل الطرفي N للهيستون H4 على منطقة من الأحماض الأمينية الأساسية للغاية (16-25) ، والتي تشكل ، في التركيب البلوري ، تفاعلًا مع منطقة السطح شديدة الحموضة لثنائي H2A-H2B لنيوكليوسوم آخر ، يحتمل أن يكون ذا صلة بالبنية ذات الترتيب الأعلى للنيوكليوسومات. يُعتقد أن هذا التفاعل يحدث في ظل ظروف فسيولوجية أيضًا ، ويقترح أن أستلة ذيل H4 يشوه بنية الكروماتين ذات الترتيب الأعلى.

تعديل هيكل الرتبة الأعلى

لا يمكن لتنظيم الحمض النووي الذي يحققه النوكليوسوم أن يفسر بشكل كامل عبوة الحمض النووي التي لوحظت في نواة الخلية. من الضروري زيادة ضغط الكروماتين في نواة الخلية ، لكن لم يتم فهمه جيدًا بعد. الفهم الحالي [24] هو أن تكرار النيوكليوسومات مع الحمض النووي المتداخل "الرابط" يشكل أ 10 نانومتر الألياف، الموصوفة بأنها "خرز على خيط" ، وتبلغ نسبة التعبئة حوالي خمسة إلى عشرة. [17] يمكن ترتيب سلسلة من النيوكليوسومات في شكل ألياف 30 نانومتر، هيكل مضغوط بنسبة تعبئة تبلغ

50 [17] والتي يعتمد تكوينها على وجود هيستون H1.

تم تقديم بنية بلورية لرباعي النواة واستخدامها لبناء هيكل مقترح للألياف 30 نانومتر كحلول ثنائي البداية. [33] لا يزال هناك قدر معين من الخلاف بشأن هذا النموذج ، لأنه غير متوافق مع بيانات الفحص المجهري الإلكتروني الحديثة. [34] علاوة على ذلك ، فإن بنية الكروماتين غير مفهومة جيدًا ، ولكن يُقترح تقليديًا أن الألياف 30 نانومتر يتم ترتيبها في حلقات على طول سقالة بروتينية مركزية لتكوين كروماتين حقيقي نشط نسبيًا. يؤدي المزيد من الضغط إلى هيتروكروماتين غير نشط نسبيًا.

على الرغم من أن النيوكليوسوم عبارة عن مركب بروتيني-دنا مستقر للغاية ، إلا أنه ليس ثابتًا وقد ثبت أنه يخضع لعدد من إعادة الترتيبات الهيكلية المختلفة بما في ذلك الانزلاق النووي والتعرض لموقع الحمض النووي. اعتمادًا على السياق ، يمكن للنيوكليوسومات أن تمنع أو تسهل ربط عامل النسخ. يتم التحكم في مواضع النوكليوسوم من خلال ثلاث مساهمات رئيسية: أولاً ، يعتمد تقارب الارتباط الجوهري لثنائي هيستون على تسلسل الحمض النووي. ثانيًا ، يمكن إزاحة الجسيم النووي أو تجنيده عن طريق الارتباط التنافسي أو التعاوني لعوامل بروتينية أخرى. ثالثًا ، قد يتم نقل النواة بشكل نشط بواسطة مجمعات إعادة التشكيل المعتمدة على ATP. [35]

تحرير انزلاق النيوكليوسوم

أظهر العمل الذي تم إجراؤه في مختبر برادبري أن النيوكليوسومات التي أعيد تكوينها في تسلسل تحديد موضع الحمض النووي 5S كانت قادرة على إعادة وضع نفسها بشكل انتقالي على التسلسلات المجاورة عند حضنها حرارياً. [36] أظهر العمل اللاحق أن عملية إعادة الوضع هذه لا تتطلب تعطيل أوكتامر هيستون ولكنها كانت متسقة مع قدرة النيوكليوزومات على "الانزلاق" على طول الحمض النووي في رابطة الدول المستقلة. في عام 2008 ، تم الكشف أيضًا عن أن مواقع ربط CTCF تعمل كمثبتات لتحديد المواقع nucleosome بحيث ، عند استخدامها لمحاذاة الإشارات الجينية المختلفة ، يمكن التعرف بسهولة على النيوكليوسومات المرافقة المتعددة. [37] على الرغم من أن النيوكليوسومات متحركة في جوهرها ، فقد طورت حقيقيات النوى عائلة كبيرة من إنزيمات إعادة تشكيل الكروماتين المعتمدة على ATP لتغيير بنية الكروماتين ، وكثير منها يفعل ذلك عن طريق الانزلاق النووي. في عام 2012 ، أظهر مختبر Beena Pillai أن انزلاق النيوكليوسوم هو إحدى الآليات الممكنة للتعبير عن الجينات على نطاق واسع بنسيج معين. يُظهر العمل أن موقع بدء النسخ للجينات التي يتم التعبير عنها في نسيج معين ، يكون مستنفدًا للنيوكليوزوم بينما ، نفس مجموعة الجينات في الأنسجة الأخرى حيث لا يتم التعبير عنها ، مرتبطة بالنيوكليوسوم. [13]

تحرير تعرض موقع الحمض النووي

أظهر العمل من مختبر Widom أن الحمض النووي النووي في حالة توازن بين حالة ملفوفة وغير مغلفة. كشفت قياسات هذه المعدلات باستخدام الحنق الذي تم حله بمرور الوقت أن الحمض النووي داخل النواة يظل ملفوفًا بالكامل لمدة 250 مللي ثانية فقط قبل أن يتم فكه لمدة 10-50 مللي ثانية ثم إعادة لفه بسرعة. [38] هذا يعني أن الحمض النووي لا يحتاج إلى فصل نشط عن الجسيم النووي ولكن هناك جزء كبير من الوقت يمكن خلاله الوصول إليه بشكل كامل. في الواقع ، يمكن أن يمتد هذا إلى الملاحظة التي مفادها أن إدخال تسلسل ربط الحمض النووي داخل النواة يزيد من إمكانية الوصول إلى المناطق المجاورة للحمض النووي عند الارتباط. [39] هذا الميل للحمض النووي داخل النوكليوسوم "للتنفس" له عواقب وظيفية مهمة لجميع البروتينات المرتبطة بالحمض النووي التي تعمل في بيئة الكروماتين. [38] على وجه الخصوص ، يلعب التنفس الديناميكي للنيوكليوسومات دورًا مهمًا في تقييد تقدم RNA polymerase II أثناء استطالة النسخ. [40]

تحرير المنطقة الخالية من النيوكليوسوم

محفزات الجينات النشطة لها مناطق خالية من النواة (NFR). هذا يسمح للمحفز بإمكانية وصول الحمض النووي إلى البروتينات المختلفة ، مثل عوامل النسخ. تمتد المنطقة الخالية من النيوكليوسومات عادةً لـ 200 نيوكليوتيد في S. cerevisae [41] تشكل النيوكليوسومات جيدة الموقع حدود NFR. تسمى هذه النيوكليوسومات + 1-nucleosome و 1-nucleosome وتقع على مسافات متعارف عليها في اتجاه التيار والمصب ، على التوالي ، من موقع بدء النسخ. [42] + 1-نوكليوسوم والعديد من نيوكليوسومات المصب تميل أيضًا إلى دمج متغير هيستون H2A.Z. [42]

ترتبط جينومات حقيقيات النوى في كل مكان بالكروماتين ، ومع ذلك ، يجب أن تنظم الخلايا مكانيًا وزمنيًا مواقع محددة بشكل مستقل عن الكروماتين السائب. من أجل تحقيق المستوى العالي من التحكم المطلوب لتنسيق العمليات النووية مثل تكرار الحمض النووي وإصلاحه ونسخه ، طورت الخلايا مجموعة متنوعة من الوسائل لتعديل بنية ووظيفة الكروماتين محليًا وعلى وجه التحديد. This can involve covalent modification of histones, the incorporation of histone variants, and non-covalent remodelling by ATP-dependent remodeling enzymes.

Histone post-translational modifications Edit

Since they were discovered in the mid-1960s, histone modifications have been predicted to affect transcription. [43] The fact that most of the early post-translational modifications found were concentrated within the tail extensions that protrude from the nucleosome core lead to two main theories regarding the mechanism of histone modification. The first of the theories suggested that they may affect electrostatic interactions between the histone tails and DNA to "loosen" chromatin structure. Later it was proposed that combinations of these modifications may create binding epitopes with which to recruit other proteins. [44] Recently, given that more modifications have been found in the structured regions of histones, it has been put forward that these modifications may affect histone-DNA [45] and histone-histone [46] interactions within the nucleosome core. Modifications (such as acetylation or phosphorylation) that lower the charge of the globular histone core are predicted to "loosen" core-DNA association the strength of the effect depends on location of the modification within the core. [47] Some modifications have been shown to be correlated with gene silencing others seem to be correlated with gene activation. Common modifications include acetylation, methylation, or ubiquitination of lysine methylation of arginine and phosphorylation of serine. The information stored in this way is considered epigenetic, since it is not encoded in the DNA but is still inherited to daughter cells. The maintenance of a repressed or activated status of a gene is often necessary for cellular differentiation. [17]

Histone variants Edit

Although histones are remarkably conserved throughout evolution, several variant forms have been identified. This diversification of histone function is restricted to H2A and H3, with H2B and H4 being mostly invariant. H2A can be replaced by H2AZ (which leads to reduced nucleosome stability) or H2AX (which is associated with DNA repair and T cell differentiation), whereas the inactive X chromosomes in mammals are enriched in macroH2A. H3 can be replaced by H3.3 (which correlates with activate genes and regulatory elements) and in centromeres H3 is replaced by CENPA. [17]

ATP-dependent nucleosome remodeling Edit

A number of distinct reactions are associated with the term ATP-dependent chromatin remodeling. Remodeling enzymes have been shown to slide nucleosomes along DNA, [48] disrupt histone-DNA contacts to the extent of destabilizing the H2A/H2B dimer [49] [50] and to generate negative superhelical torsion in DNA and chromatin. [51] Recently, the Swr1 remodeling enzyme has been shown to introduce the variant histone H2A.Z into nucleosomes. [52] At present, it is not clear if all of these represent distinct reactions or merely alternative outcomes of a common mechanism. What is shared between all, and indeed the hallmark of ATP-dependent chromatin remodeling, is that they all result in altered DNA accessibility.

Studies looking at gene activation في الجسم الحي [53] and, more astonishingly, remodeling في المختبر [54] have revealed that chromatin remodeling events and transcription-factor binding are cyclical and periodic in nature. While the consequences of this for the reaction mechanism of chromatin remodeling are not known, the dynamic nature of the system may allow it to respond faster to external stimuli. A recent study indicates that nucleosome positions change significantly during mouse embryonic stem cell development, and these changes are related to binding of developmental transcription factors. [55]

Dynamic nucleosome remodelling across the Yeast genome Edit

Studies in 2007 have catalogued nucleosome positions in yeast and shown that nucleosomes are depleted in promoter regions and origins of replication. [56] [57] [58] About 80% of the yeast genome appears to be covered by nucleosomes [59] and the pattern of nucleosome positioning clearly relates to DNA regions that regulate transcription, regions that are transcribed and regions that initiate DNA replication. [60] Most recently, a new study examined dynamic changes in nucleosome repositioning during a global transcriptional reprogramming event to elucidate the effects on nucleosome displacement during genome-wide transcriptional changes in yeast (خميرة الخميرة). [61] The results suggested that nucleosomes that were localized to promoter regions are displaced in response to stress (like heat shock). In addition, the removal of nucleosomes usually corresponded to transcriptional activation and the replacement of nucleosomes usually corresponded to transcriptional repression, presumably because transcription factor binding sites became more or less accessible, respectively. In general, only one or two nucleosomes were repositioned at the promoter to effect these transcriptional changes. However, even in chromosomal regions that were not associated with transcriptional changes, nucleosome repositioning was observed, suggesting that the covering and uncovering of transcriptional DNA does not necessarily produce a transcriptional event. After transcription, the rDNA region has to protected from any damage, it suggested HMGB proteins play a major role in protecting the nucleosome free region. [62] [63]

Nucleosomes can be assembled في المختبر by either using purified native or recombinant histones. [64] [65] One standard technique of loading the DNA around the histones involves the use of salt dialysis. A reaction consisting of the histone octamers and a naked DNA template can be incubated together at a salt concentration of 2 M. By steadily decreasing the salt concentration, the DNA will equilibrate to a position where it is wrapped around the histone octamers, forming nucleosomes. In appropriate conditions, this reconstitution process allows for the nucleosome positioning affinity of a given sequence to be mapped experimentally. [66]

Disulfide crosslinked nucleosome core particles Edit

A recent advance in the production of nucleosome core particles with enhanced stability involves site-specific disulfide crosslinks. [67] Two different crosslinks can be introduced into the nucleosome core particle. A first one crosslinks the two copies of H2A via an introduced cysteine (N38C) resulting in histone octamer which is stable against H2A/H2B dimer loss during nucleosome reconstitution. A second crosslink can be introduced between the H3 N-terminal histone tail and the nucleosome DNA ends via an incorporated convertible nucleotide. [68] The DNA-histone octamer crosslink stabilizes the nucleosome core particle against DNA dissociation at very low particle concentrations and at elevated salt concentrations.

Nucleosomes are the basic packing unit of DNA built from histone proteins around which DNA is coiled. They serve as a scaffold for formation of higher order chromatin structure as well as for a layer of regulatory control of gene expression. Nucleosomes are quickly assembled onto newly synthesized DNA behind the replication fork.

H3 and H4 Edit

Histones H3 and H4 from disassembled old nucleosomes are kept in the vicinity and randomly distributed on the newly synthesized DNA. [69] They are assembled by the chromatin assembly factor-1 (CAF-1) complex, which consists of three subunits (p150, p60, and p48). [70] Newly synthesized H3 and H4 are assembled by the replication coupling assembly factor (RCAF). RCAF contains the subunit Asf1, which binds to newly synthesized H3 and H4 proteins. [71] The old H3 and H4 proteins retain their chemical modifications which contributes to the passing down of the epigenetic signature. The newly synthesized H3 and H4 proteins are gradually acetylated at different lysine residues as part of the chromatin maturation process. [72] It is also thought that the old H3 and H4 proteins in the new nucleosomes recruit histone modifying enzymes that mark the new histones, contributing to epigenetic memory.

H2A and H2B Edit

In contrast to old H3 and H4, the old H2A and H2B histone proteins are released and degraded therefore, newly assembled H2A and H2B proteins are incorporated into new nucleosomes. [73] H2A and H2B are assembled into dimers which are then loaded onto nucleosomes by the nucleosome assembly protein-1 (NAP-1) which also assists with nucleosome sliding. [74] The nucleosomes are also spaced by ATP-dependent nucleosome-remodeling complexes containing enzymes such as Isw1 Ino80, and Chd1, and subsequently assembled into higher order structure. [75] [76]

The crystal structure of the nucleosome core particle ( PDB: 1EQZ ​ [27] [28] ) - different views showing details of histone folding and organization. Histones H2A , H2B , H3 , H4 and DNA are coloured.


دعم المعلومات

S1 Fig. Comparison of في الجسم الحي nucleosome occupancy in a few datasets.

أ) Histograms of nucleosome occupancy: Lee et al. [6], Kaplan et al. [3], Mavrich et al. [29], and Oberbeckmann et al. [31]. ب) Heatmap of the root-mean-square-deviation (RMSD) between different datasets. ج) Composite plot of the average nucleosome occupancy near transcription start sites (TSSs, left) or transcription termination sites (TTSs, right).

S2 Fig. Locating and annotating NDR.

أ) A snapshot of Lee et al. occupancy data [6] showing three examples of potential NDRs: (a), (b), and (c). The occupancy data is discretized using horizontal lines at 80%, 73.2%, 66.4%, etc. with a constant step size of 6.78%. ب) Zoom-in views of the annotated NDRs, (a)–(c), in A. “dx” is the distance between a cut-point at 80% line and the lowest crossing points. "ل” is the distance between cross points with the 73.2% line. The occupancy was modified so that the occupancies between the lowest cross points are set to 0. The size of NDR is indicated by the red lines (length crossed at the 66.4% line). ج) A histogram of dx. For NDR annotation, we require dx to be less than 100bp. د) Modified occupancy in an example region with the sharp downward spikes to 0 occupancy representing NDRs. The original data is shown in blue. The different asterisk points represent locations of annotated NDRs from previous studies: Chereji et al. [44], Yadon et al. [59], and Jiang & Pugh [64]. ه) A table showing the number of overlapping NDRs between our annotation and those from Chereji et al. and Yadon et al.

S3 Fig. TF cluster distribution, density, and composition.

أ) TF cluster density in hit-, missed-, and non-NDRs with different number of TFs taken into consideration (maximum distance between TFs in a cluster, dx, is 12bp). ب) Histograms for the number of TFs in a cluster (left) and the size of TF clusters (right) with dx = 147bp. ج) TF cluster density in hit-, missed-, and non-NDRs with dx = 147bp. د) Occurrence frequency for Top30 TF motifs in hit-, missed-, and non-NDRs.

S4 Fig.

Heatmap of the occupancy of the top 30 TFs and the five PolyA factors near TSSs (top), within gene bodies (center), and near TTSs (bottom). We have listed all 5542 genes with the exact TSS and TTS coordinates, and corresponding values can be found in S1, S2 and S3 Tables. The gene indices and annotations are adapted from ref. [44].

S5 Fig. Change in nucleosome occupancy at TSSs upon Rsc3 and/or PolyA/T deletion.

أ) The format of the figure is the same as the main Fig 6 except that we either eliminated Rsc3 (اليسار), or Rsc3 and PolyA/T (وسط), or Rsc3 and remodeling effect (حق) in the model. ب) Pearson correlation coefficient, R, between experimental [49] and simulated nucleosome occupancy change. Note that the correlation is higher when only Rsc3 is deleted.

S6 Fig. Heatmap of the occupancy of the top 30 TFs and the five PolyA factors on the د. hansenii YAC introduced into س. الخباز.

The top panel shows the occupancy near the TSSs of the 154 genes in the YAC [50] the lower panel shows the occupancy in fortuitous NDRs generated in the gene body.

S7 Fig. Comparison with other models using Oberbeckmann et al. dataset as the reference.

Model performance measured by ρن, RMSD, صNDR, and AUC are compared among different models: N2, Nupop, Dnabend, Segal, Ozonov, and our own model.

S8 Fig. NDR prediction for various annotated NDRs.

أ) NDR Prediction of our model in comparison to various annotated NDRs. The NDRs of Chereji [44] and Yadon [59] are same as in S2E Fig, except this time if the size between the centers of consecutive NDRs is less than 125 bp, they are merged as a single NDR. Oberbeckmann’s [31] NDRs are annotated using the same scheme as Lee’s [6] NDRs (see Materials and Methods). The lists of NDRs and their coordinates for Lee and Oberbeckmann are given in S5 and S6 Tables, respectively. ب) NDR Prediction of our model for common NDRs in multiple datasets.


شكر وتقدير

We thank Alain Arneodo for providing the sequence-based algorithm to compute histone binding energies and nucleosome occupancy (28) and Stephan Schiffels for kindly making his Wright–Fisher evolution model algorithm available. We also are grateful for stimulating discussions with Ville Mustonen. This work was supported by Deutsche Forschungsgemeinschaft Grant SFB 680, by German Federal Ministry of Education and Research Grant 0315893-Sybacol, and in part by the National Science Foundation (NSF) under Grant NSF PHY05-51164 during a visit to the Kavli Institute for Theoretical Physics (Santa Barbara, CA).


شاهد الفيديو: A0451931 (كانون الثاني 2023).