生物帮 生命科学网-生物技术、科学门户网站|为生物科学技术领域提供动力！东京工业大学的科学家们已经通过开发数学模型来解密如何定量评估特定表观遗传变化对转录速率的影响。使用他们的方法，他们成功地在体外产生了重组的带有染色质的组蛋白修饰。他们发表在《核酸研究》上的研究为理解组蛋白的位点特异性变化如何影响染色质的可及性和基因表达水平提供了一种精确的定量方法。
单一蛋白质的产生是一个漫长而复杂的过程。即使从DNA模板生成其蓝图(称为编码转录本)也涉及许多步骤和参与者。首先，通常会发现DNA整齐地包裹在称为组蛋白的蛋白质周围，形成核小体，核小体是称为染色质的紧密浓缩结构的基本亚基。。它的缩合程度决定了有多少DNA可用于转录过程。这些组蛋白的变化(例如乙酰化)也会影响染色质对基因表达的可及性。这些表观遗传修饰在调节基因表达中起关键作用。迄今为止，关于如何精确量化这些表观遗传效应以及位点特异性组蛋白修饰如何影响基因表达尚有许多探索。
Kohki教授和日本RIKEN生物系统动力学研究中心的Umehara Takashi教授带领的一组研究人员开发了动力学模型。基于高度定量的实验结果来量化表观遗传变化对转录速率的贡献。Takinoue在谈到他们在《核酸研究》上发表的最新工作时解释说：“每种修饰的贡献每个组蛋白在染色质转录的后续步骤中的状态尚待定量，因为难以精确重组具有目的表观遗传修饰的染色质模板，并难以量化其RNA转录。使用遗传密码扩展和无细胞蛋白质合成，我们合成了包含设计位点特异性乙酰化的组蛋白H4，并重建了四乙酰化核小体。”
组蛋白修饰针对染色质水平的转录过程中的各个阶段(如图1所示)，这反过来又可能影响转录速率。第一个阶段，染色质可及性，涉及到紧密凝结的结构的开放，使其可以被转录机器所利用。第二阶段是转录感受态染色质的形成，该染色质为结合转录物合成复合物准备了染色质。第三阶段是转录前的启动，这有助于开始转录所需的辅助蛋白的组装。转录的最后阶段涉及顺序添加核苷酸以形成转录本。
为了研究包括乙酰化在内的位点特异性组蛋白修饰如何影响转录阶段，研究人员创建了一个重组的核小体，该核小体带有两份来自青蛙物种非洲爪蟾的RNA编码序列的副本，并在组蛋白的特定位点上具有乙酰化作用。该系统模拟了活细胞内染色质的动态变化，这种变化会影响转录。他们开发了一种精确且高度灵敏的基于荧光的检测系统，可以实时测量微小的转录物浓度。应用他们的动力学模型(参见图2)，他们发现与缺乏乙酰化的染色质相比，在四个特定组蛋白位点的乙酰化使染色质的可及性增加了三倍。
该模型的多功能性还使其可用于量化其他表观遗传修饰。Takinoue强调了他们研究的潜在应用，“我们的数学描述动力学模型使我们能够确定非乙酰化和四乙酰化染色质模板的染色质转录速率。我们的方法学将适用于各种各样的染色质介导定量了解表观遗传修饰重要性的反应。”
