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1、Lampbrush chromosomes,In growing amphibian oocyte,Stay in meiosis I,Lampbrush chromosome from Pleurodeles oocyte,第四节 核仁,核仁（nucleolus）见于间期的细胞核内，呈圆球形，一般12个，有时多达35个。主要功能是转录rRNA和组装核糖体单位。 一般蛋白质合成旺盛和分裂增殖较快的细胞有较大和数目较多的核仁，反之核仁很小或缺失。 核仁在分裂前期消失，分裂末期又重新出现。,一、核仁的超微结构,1、纤维中心(fibrillar centers，FC)：是被致密纤维包围的一个或几个低
2、电子密度的圆形结构，主要成分为RNA聚合酶和rDNA，这些rDNA是裸露的分子。 2、致密纤维组分(dense fibrillar component，DFC)：呈环形或半月形包围FC，由致密的纤维构成，是新合成的RNP（指结合蛋白质的rRNA），转录主要发生在FC与DFC的交界处。 3、颗粒组分(granular component，GC)：由直径15-20 nm的颗粒构成，是不同加工阶段的RNP。 4、核仁相随染色质分为两部分：一部分位于核仁周围，称为核仁周染色质，属异染色质。一部分位于核仁内，为常染色质，即核仁组织区，是rDNA所在的位置。,Nucleolus,Fibrillar cen
3、ters Dense fibrillar component Granular component,二、核仁的功能,涉及核糖体的生物发生(ribosome biogenesis)是一个向量过程(vetorical process)：从核仁纤维组分开始，再向颗粒组分延续。 这一过程包括rRNA的合成、加工和核糖体亚单位的装配。 （一）rRNA基因转录的形态及组织特征 （二）rRNA前体的加工 （三）核糖体亚单位的组装,组织特征 rRNA基因是重复的多拷贝基因。人的一个细胞中约有200个拷贝，rDNA没有组 蛋白核心，是裸露的DNA节段，相邻基因之间为非转录的间隔DNA。位于NORs 的rDNA是
4、rRNA的信息来源。 形态特征:“圣诞树”样结构。 rRNA基因的转录采取受控的级联放大机制。,（一）rRNA 基因转录的形态及组织特征,人间期细胞核仁组织区含有rRNA基因的10个染色体袢环延伸进入并簇集在核仁（引自B.Alberts）,转录时，RNA聚合酶沿DNA分子排列，此酶由基因头端向末端移动，转录好的rRNA分子从聚合酶处伸出，愈近末端愈长，从左右两侧均可伸出，呈羽毛状，形成似“圣诞树”样结构。rRNA首先出现在纤维部，而后转向颗粒部。,rRNA genes are tandemly arrayed in genome: Christmas-Like tree when transc
5、ripted,（二）rRNA前体的加工,修饰与加工 纤维部的纤维状物质是新合成的45S rRNA，它与蛋白质形成 RNP 复合体。45S rRNA甲基化以后经RNA酶裂解形成18S、28S、5.8S rRNA。成熟的 rRNA仅为45S rRNA的一半，丢失的大部分是非甲基 化和 GC 含量较高的区域。 5S rRNA通常定位在常染色体，合成后被转运至核仁区参与大亚基 的装配 。 小分子核仁核糖核蛋白（snoRNPs）作为引导 RNA（guide RNA）参与RNA 的编辑加工过程。,加工过程,（三）核糖体亚单位的组装,加工下来的蛋白质和小的RNA存留在核仁中，可能对核糖体构建起催化作用； 核
6、糖体的成熟作用只发生在转移到细胞质以后，从而阻止有功能的核糖体与核内加工不完全的 hnRNA 分子接近； 核仁的另一个功能涉及mRNA的输出与降解。,核仁在核糖体亚单位前体装配中的作用图解,三、核仁周期,核仁的动态变化 核仁结构的动态变化依赖于rDNA转录活性和细胞周期的运行,The nucleolus disappears during mitosis,Nucleolar fusion of human fibroblast in cultrue,第五节 染色质结构和基因转录,活性染色质是具有转录活性的染色质。 活性染色质的核小体发生构象改变，具有疏松的染色质结构，从而便于转录调控因子与顺式
7、调控元件结合和 RNA 聚合酶在转录模板上滑动。 非活性染色质是没有转录活性的染色质,（一）活性染色质及其主要特征,1、活性染色质(active chromatin)与非活性染色质 (inactive chromatin),2、活性染色质主要特征,（1）活性染色质具有 DNase I超敏感位点 （DNase I hypersensitive site，DHS）：染色质上无核小体的DNA片段，通常位于5-启动子区，长度几百 bp。 （2）染色质活性基因 DNase I 敏感性的检测 （3）活性染色质在生化上具有特殊性 活性染色质很少有组蛋白H1与其结合； 活性染色质的组蛋白乙酰化程度高； 活性染
8、色质的核小体组蛋白 H2B 很少被磷酸化； 活性染色质中核小体组蛋白 H2A 在许多物种很少有变异形式； HMG14 和 HMG17 只存在于活性染色质中。,二、染色质结构与基因转录,（一）疏松染色质结构的形成,1、 DNA局部结构的改变与核小体相位的影响 当调控蛋白与染色质DNA的特定位点结合时， 染色质易被引发二级结构的改 变；进而引起其它的一些结合位点与调控蛋白的结合。 核小体通常定位在DNA特殊位点而利于转录 2、 DNA甲基化：A/C甲基化/去甲基化（特别是5-mC） 3、组蛋白的修饰 组蛋白的修饰改变染色质的结构，直接或间接影响转录活性（H1磷酸化、甲基 化、乙酰化，泛素化（uH2
9、A） / Arg，His，Lys，Ser，Thr）。 组蛋白赖氨酸残基乙酰基化（acetylation），影响转录 。 4、 HMG结构域蛋白等染色质变构因子的影响 HMG结构域可识别某些异型的DNA结构，与DNA弯折和DNA-蛋白质复合体高 级结构的形成有关。,核小体相位在协助转录中的作用 （a）基因的关键调控元件被留在核心颗粒外面，从而有利于结合转录因子； （b）位于DNA上调控元件被盘绕在核心组蛋白上，因为组蛋白，使DNA上的关键 调控元件靠得很近，它们可以通过转录因子而联系。,辅激活子通过组蛋白乙酰基化在转录调控中作用的模型 转录因子（如糖皮质激素受体，GR）与DNA结合并捕获辅激活子
10、（CBP）；CBP具有组蛋白乙酰基转移酶活性。 表示一段阻遏状态的染色体区域，其DNA与去乙酰基组蛋白结合； 糖皮质激素受体（GR）和糖皮质激素应答元件（GRE）结合，辅激活物CBP同GR结合，处于TATA盒的上游和下游 的核 心组蛋白被乙酰基化； 被乙酰基化的组蛋白与DNA分离； TFIID与DNA的开放区结合。TAFII250是TFIID的一个亚基，具有组蛋白乙酰基转移酶活性。 同时，CBP和TAFII250又解离相邻的核小体，以便容许转录起始；在启动子区剩下的核小体 也被乙酰基化，RNA聚合酶与启动子结合，转录开始。,糖皮质激素受体,糖皮质激素应答元件,辅激活子,（二）染色质的区间性,基
11、因座控制区（locus control region，LCR） 染色体DNA上一种顺式作用元件，具有稳定染色质疏松结构的功能； 含有多种反式作用因子的结合序列，可保证DNA复制时与启动子结合的因子仍保持在原位。 隔离子（insulator） 防止处于阻遏状态与活化状态的染色质结构域之间的结构特点向两侧扩展的染色质DNA序列，称为隔离子。 作用：作为异染色质定向形成的起始位点；提供拓扑隔离区 。,（三）染色质模板的转录,基因转录的模板不是裸露的DNA，染色质是否处于活化状态是决定转录功能的关键。 转录的“核小体犁”（nucleosome plow）假说 。,通过核小体核心结构的转录的模型（引自C
12、.C.Adams等） 第一步：RNA聚合酶使核小体不稳定，撤掉2个（H2A-H2B），形成H3-H4四聚体复合物； 第二步：组蛋白核心的另一半（H3-H4四聚体）被移开并转到聚合酶后面自由DNA上； 第三步：2个H2A-H2B二聚体重新结合到DNA上，又形成一个完整的核小体核心结构。,第六节 核基质与核体,一、核基质(nuclear matrix),核基质或核骨架(nuclear skeleton)的概念 狭义概念仅指核基质，即细胞核内除了核被膜、核纤层、染色质与核仁以外的网架结构体系。 广义概念应包括核基质、核纤层（或核纤层-核孔复合体结构体系）以及染色体骨架。 目前对核骨架的研究结论： 核
13、骨架是存在于真核细胞核内真实的结构体系； 核骨架与核纤层、中间纤维相互连接形成贯穿于核与质的一个独立结构系统。 核骨架的主要成分是由非组蛋白的纤维蛋白构成的, 含有多种蛋白成分及少量RNA； 核骨架与DNA复制、基因表达及染色体的包装与构建有密切关系。,核基质,核骨架,1、核体概念,间期核内除染色质与核仁结构外，在染色质之间的空间还含许多形态上不同的亚核结构域（subnuclear domain），统称为核体。如螺旋体和早幼粒细胞白血病蛋白体。 在细胞的各种事件中，核体可能代表不同核组分的储存或查封位点或称之为分子货仓（molecular warehouse）。,二、核体（nuclear bodies，NBs）,2、螺旋体（coiled bodies，CBs）,小核糖核蛋白质（sn RNPs）、细胞周期控制蛋白和几种基本转录因子，如p80 coilin 螺旋体的功能 与snRNP的生物发生（biogenesis）有关； CBs在基因表达协调反馈调节中有作用。,3、早幼粒细胞白血病蛋白体,PML体的功能 转录调节 病毒感染的靶结构 PML体组成的改变与某些疾病表型的发生有关 PML蛋白的功能可能是作为负生长调节子和肿瘤抑制子而发挥作用 PML可能介导程序性细胞死亡，PML体在细胞周期调控中起作用,