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核小体 编辑
核小体是由DNA和组蛋白形成的染色质基本结构单位。每个核小体由146bp的DNA缠绕组蛋白八聚体1.75圈形成。核小体核心颗粒之间通过50bp左右的连接DNA相连。H1结合在盘绕在八聚体上的DNA双链开口处,核小体的形状类似一个扁平的碟子或一个圆柱体,此时DNA的长度压缩7倍,称染色质纤维。染色质就是由一连串的核小体所组成。当一连串核小体呈螺旋状排列构成纤丝状时,DNA的压缩包装比约为40。纤丝本身再进一步压缩后,成为常染色质的状态时,DNA的压缩包装比约为1000。有丝分裂时染色质进一步压缩为染色体,压缩包装比高达8400,即只有伸展状态时长度的万分之一。
核小体
核小体是染色质的基本结构单位,由H2A、H2B、H3和H4等4种组蛋白(histone,H)构成。两分子的H2A、H2B、H3和H4形成一个组蛋白八聚体,约200 bp的DNA分子盘绕在组蛋白八聚体构成的核心结构外面1.75圈形成了一个核小体的核心颗粒(core particle)。核小体的核心颗粒再由DNA(约60bp)和组蛋白H1共同构成的连接区连接起来形成串珠状的染色质细丝。这时染色质的压缩包装 比(packing ratio)为6左右,即DNA由伸展状态压缩了近6倍。200 bpDNA为平均长度;不同组织、不同类型的细胞,以及同一细胞里染色体的不同区段中,盘绕在组蛋白八聚体核心外面的DNA长度是不同的。如真菌的可以短到只有154 bp,而海胆精子的可以长达260bp,但一般的变动范围在180bp到200bp之间。在这 200bp中,146 bp是直接盘绕在组蛋白八聚体核心外面,这些DNA不易被核酸酶消化,其余的DNA是用于连接下一个核小体。连接相邻2个核小体的DNA分子上结合了另一种组蛋白H1。组蛋白H1包含了一组密切相关的蛋白质,其数量相当于核心组蛋白的一半,所以很容易从染色质中抽提出来。所有的H1被除去后 也不会影响到核小体的结构,这表明H1是位于蛋白质核心之外的。从DNA到染色体不论是形态还是长度都相差很大。人类最长的一个染色体全长仅10μm,但其DNA却长达7.2cm;一个细胞核直径仅5μm,在这样一个小小的空间中却要纳下全长近200cm的DNA,人们不禁要问DNA如何形成染色体,纳入小小的核中。解决这个问题同样是由很多科学家差不多经过20年的努力,最终提出了为大多数能接受的模型¾侧环模型。
DNA双螺旋模型
早在1956年为双螺旋模型提供X衍射证据的Wilkins和另一位科学家Vittorio Luzzati对染色质进行了X衍射研究,发现染色质中具有间隔为10 nm的重复性结构。蛋白质和DNA本身的结构从来不会表现出这种重复性。推测可能是组蛋白和DNA的结合方式迫使DNA折叠或缠绕成具有10 nm周期的重复结构。Clark和Felsenfeld于1971年首先用葡萄球菌核酸酶(Staphylococcal nuclease)来作用于染色质,发现有一些区域对核酸酶敏感,有一些则不敏感,不敏感的区域比较均一,这暗示染色体中存在着某些亚单位。接着Hewish和Burgoyun(1973年)用内源核酸酶消化细胞核,再从核中分离出DNA,结果发现一系列DNA片段,它们相当于长约200bp的一种基本单位的多聚体。表明组蛋白结合在DNA,以一种有规律的方式分布,以致产生对核酸酶敏感的只是某些限定区域。M.Noll(1974年)用外源核酸酶处理染色质,然后进行电泳,证实了以上结果,他测得前三个片段的长度分别为205,405,605bp长,每个片段相差200bp,即染色质可能以200bp为一个单位。这正好和以下电镜观察的结果相映证。
与此同时Olins夫妇(1974)和Pierre Chambon等(1975)在电镜下观察到大鼠胸腺和鸡肝染色质的“绳珠”状结构,小球的直径为10 nm;,Olins并把这种小球称为n小体(n-body即nu body),有时译成钮体。
X衍射图表明组蛋白的多聚体都是紧密相联,并无可容纳像DNA分子那样大小的孔洞,所以不可能由DNA之“绳”穿过组蛋白之“珠”,而只可能是DNA缠绕在“珠”的表面。
电泳的结果和电镜观察到“绳珠”结构之间是什么样的关系呢?Kornberg和Thomas 1974年用实验回答了这一问题。他们先用小球菌核酸酶稍稍消化一下染色质,切断一部分200核苷酸对单位之间的DNA,使其中含有单体、二聚体、三聚体和四聚体等。然后经离心将它们分开。每一组再通过凝胶电泳证明其分子大小及纯度。然后分别用电镜来观察各组的材料;结果单体均为一个10 nm的小体,二聚体则是两个相联的小体,同样三聚体和四聚体分别由三个小体和四个小体组成,表明200核苷酸的电泳片段长度级差正好是电镜观察到的一个:“绳珠”单位,他们称其为核小体(nucleosome)或核粒,提出了染色质结构的“绳珠”模型。
核小体
人们接着用化学交联、高盐分离组蛋白,以及X衍射等方法进一步研究组蛋白多聚体的结构、排列以及怎样和DNA结合的,从而建立了核小体模型。1984年Klug和Butler进行了修正。核小体的构造可用图表示:每一个核小体结合的DNA总量为200bp左右,一般在150~250变化范围(micrococcal nuclease)轻微消解染色质而得知的。连接两个核小体的连接DNA (linker DNA) 是最容易受到这种酶的作用,因此微球菌核酸酶在连接DNA处被切断,此时每个重复单位的DNA长约200bp,而且是和五种组蛋白相结合,保持着核小体的结构。也就是“绳珠”结构的绳被切断,剩下一个一个的“珠”。生物学意义
揭示了DNA作为遗传物质稳定性的结构特征;确认了碱基互补配对原则。
核小体
抗核小体抗体比抗dsDNA抗体、抗组蛋白抗体更早出现于系统性红斑狼疮的早期,并且特异性较高。阳性率为50-90%,特异性>98%。每个核小体单位包括200bp左右的DNA超螺旋和一个组蛋白八聚体及一个分子H1;组蛋白八聚体构成核小体的盘状核心结构;146bp的DNA分子超螺旋盘绕组蛋白八聚体1.75圈,组蛋白H1在核心颗粒外结合额外20bp DNA,锁住核小体DNA的进出端,起稳定核小体的作用。包括组蛋白H1和166bp DNA的核小体结构又称染色质小体;两个相邻核小体之间以连接DNA相连,典型长度60bp,不同物种变化值为0~80bp;组蛋白与DNA之间的相互作用主要是结构性的,基本不依赖于核苷酸的特异序列,实验表明,核小体具有自组装 (self-assemble) 的性质;核小体沿DNA的定位受不同因素的影响,进而通过核小体相位改变影响基因表达。其功能与染色质的浓缩有关,且能够进行自装配。
核小体
在80%的MRL/lprDIL小鼠中可产生核小体特异性抗体,该自身抗体产生早,先于其他抗核抗体,与肾小球肾炎有关。SLE患者多克隆核小体特异性自身抗体的抗原反应与鼠类SLE模型表现相似,核小体在SLE中作为主要自身抗原已得到证实。靶器官中免疫复合物的沉积和炎性介质(包括补体)的大量活化是引起SLE全身性组织炎症损伤的基本机制之一。核小体会成为多克隆B细胞活化剂,这可能与SLE疾病的起始阶段有关;但更重要的是,核小体是SLE中致病性T辅助细胞识别的自身抗原,不仅引起同源B细胞产生核小体特异性自身抗体,而且引起抗DNA抗体和抗组蛋白抗体的形成。AnuA在抗ds?DNA阴性的SLE患者中有很高的阳性率(可达60%~65%),因此AnuA对SLE患者更具有诊断价值。已经有证据表明,除了传统的致病性抗双链DNA抗体及其抗原抗体复合物外,核小体和组蛋白成分的自身抗体及其抗原抗体复合物,在SLE的发病机制中起关键作用,尤其是在DIL肾炎致病机制上意义重大。核小体的组蛋白成分(氨基末端带强阳性电荷)可促进免疫复合物与肾小球基底膜阴离子位点的结合,包括既作为植入抗原使原位免疫复合物得以形成,也可使含有核小体特异性抗体的循环免疫复合物得以沉积。在以上两种情况下,均可使肾小球基底膜的通透性增加,且产生炎性免疫应答反应。钟清等研究表明,LN组患者AnuA阳性率明显高于无肾炎组,AnuA对LN的诊断和监测具有重要意义。此外,苏茵等也发现AnuA与患者的皮疹、脱发、ESR增快、CRP增高、补体降低呈显著相关性,其滴度高低也与SLE疾病活动指数评分呈明显正相关。核小体
许多不同的技术已被用于检测AnuA,除了LE细胞试验以外,还有染色质包被的串珠乳胶凝集试验,以及免疫沉淀(用天然组织蛋白重组酸萃取的组织部分和ELISA法都已被使用。早期的研究用“脱氧核苷蛋白”作抗原研制出一种孵育在1M生理盐水中的染色质中的预备品,但未得到明确鉴定。后期报道已有更好的方法来鉴定该预备品,并能分析凝胶电泳后的蛋白质和DNA的组成。染色质的类型分析以及阴、阳性判断对于辅助诊断SLE患者而获取高敏感性和特异性是非常重要的。第一种研究用于以变性的H2A和H2B作为抗原进行DNA再造,由血清结合上组织蛋白的变性区域,即天然染色质非暴露部分;第二种研究用于整条染色质作为抗原,剩余的Scl70蛋白引起抗Scl70,血清在此情况下产生弱阳性;第三种研究用于一个阴、阳性的弱的(低的)判断(硬皮患者血清呈现弱阳性)。第一代与第二代核小体检测技术的比较通过对SLE组(96例)、患者对照组(73例)、正常对照组(47例)进行AnuA和抗dsDNA抗体的检测,采用由德国EUROIMMUN公司生产的试剂盒和美国Coda公司生产的全自动酶标分析仪检测。结果表明,EUROIMMUN推出的第二代抗核小体抗体ELISA检测试剂与第一代比较敏感度差异不大,但特异性却有了明显提高。早期因核小体抗原纯化制备方法存在技术上的问题,纯化的核小体抗原常含有H1、Scl70(DNA拓扑异构酶I,一种DNA结合蛋白)、残留的染色质DNA和其他非组蛋白等蛋白成分,导致多种结缔组织病患者血清与核小体抗原交叉反应,尤其是在10%~68%的硬皮病患者中也可检测出AnuA,使得该抗体作为SLE特异性抗体的临床应用价值得到了很大的限制;而第二代AnuAELISA试剂在抗原的制备上有了很大的改进,抗原分离纯化技术提高,纯化的核小体抗原制品只含核小体单体,不含以上提到的DNA和组蛋白等杂质成分,可排除硬皮病患者血清假阳性反应,这样就使得AnuA对SLE的诊断价值得到了充分的发挥,极大提高了AnuA对SLE的特异性,已开始应用于临床常规检测。核小体
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