加州大学圣迭戈分校医学院的研究人员巧用基因敲除技术,用同一基因插入酵母染色体上的90个不同位点。他们发现,插入的基因并没有改变附近染色质的表观遗传学环境,而插入环境的差异会明显影响基因的活性。
由DNA和蛋白组成的染色质构成了细胞核,研究人员指出染色质调控中并不存在通用的“组蛋白密码”,染色质调控取决于基因与表观遗传学环境的相互作用。这项研究于1月3日发表在Cell旗下的Cell Reports杂志上。
“基因在染色质中的位置对其表达有何影响,这是表观遗传学面临的主要挑战之一,”文章的资深作者,加州大学圣迭戈分校医学院遗传学系主任Trey Ideker博士说。“而这类研究中寻找组蛋白密码是一个主要的方向,组蛋白密码是指组蛋白结合并影响基因的通用规则。”
而Ideker博士这项新研究指出,单纯的通用组蛋白密码并不存在。表观遗传学对基因表达/活性的影响不仅依赖于组蛋白等表观遗传学元件,也同样依赖于被表达的基因本身。
研究人员巧妙利用了一个容易被忽视的现有资源,即目前广泛使用的酵母基因敲除文库。这种文库将同一个报告基因系统性地插入到染色体上的不同位点,本用于研究特定基因缺失所带来的影响。而研究人员针对这一报告基因进行了研究,分析当其位于酵母染色体不同位点时的基因表达。
“表观遗传学环境是指插入基因周围的组蛋白和DNA状态,如果这一环境无关紧要,那么不论插入基因位于染色体上的什么位置,其表达水平都应该是一样的,”Ideker说。但研究显示,在各位点上插入基因都会与附近的表观遗传学元件相互作用,从而使基因表达受到明显影响。
通常位置效应实验都是将基因放在端粒附近,来展示表观遗传学环境对基因表达的显着影响。而现在研究人员通过系统性地基因敲除,得以对染色体各区域的位置效应进行研究,这一新工具将帮助人们深入研究基因的调控机制。(生物谷Bioon.com)
DOI:10.1016/j.celrep.2012.12.003
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Decoupling Epigenetic and Genetic Effects through Systematic Analysis of Gene Position
Menzies Chen, Katherine Licon, Rei Otsuka, Lorraine Pillus, Trey Ideker
Classic position-effect experiments repositioned genes near telomeres to demonstrate that the epigenetic landscape can dramatically alter gene expression. Here, we show that systematic gene knockout collections provide an exceptional resource for interrogating position effects, not only near telomeres but at every genetic locus. Because a single reporter gene replaces each deleted gene, interrogating this reporter provides a sensitive probe into different chromatin environments while controlling for genetic context. Using this approach, we find that, whereas systematic replacement of yeast genes with the kanMX marker does not perturb the chromatin landscape, chromatin differences associated with gene position account for 35% of kanMX activity. We observe distinct chromatin influences, including a Set2/Rpd3-mediated antagonistic interaction between histone H3 lysine 36 trimethylation and the Rap1 transcriptional activation site in kanMX. This interaction explains why some yeast genes have been resistant to deletion and allows successful generation of these deletion strains through the use of a modified transformation procedure. These findings demonstrate that chromatin regulation is not governed by a uniform histone code but by specific interactions between chromatin and genetic factors.