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| 內容簡介： |
真核生物转录调控：概念、策略与技术（第二版）是美国冷泉港实验室出版社出版的《真核生物转录调控——概念、策略与技术》（第二版）一书的中译本。书中全面介绍了真核基因转录调控的概念，以及进行研究所使用的策略和技术。涉及内容包括哺乳动物细胞转录调控入门知识、基因转录调控的两个重要角色——DNA元件和蛋白质组分的鉴定及功能表征，以及两者间复杂的相互作用构成的基因转录调控的重要事件和这些事件发生的染色质环境。
真核生物转录调控：概念、策略与技术（第二版）概括了真核基因转录调控的基本概念、实施转录调控研究的基本策略，以及实现研究目标的重要技术。因此，真核生物转录调控：概念、策略与技术（第二版）对于医学、生物化学、分子生物学、生物技术等领域中对基因转录调控感兴趣或从事相关研究的学生、教学科研人员和技术人员是一本重要读物。
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| 目錄：
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译者序
前言
概述
缩略词
1 哺乳动物细胞转录调控入门
引言和概述
全基因组方法小结
染色质和通用转录机器
染色质结构和组织
染色质修饰
染色质重塑
通用转录机器
调控区的组织
基础转录复合物的组装和起始
调解因子
TFIID和TAF
活化和抑制
基因活化
转录起始期间的染色质修饰和重塑
通用机器募集的一种模式
聚合酶II延伸的初始阶段
聚合酶II在基因内遭遇核小体
转录的沉默或抑制
结语
参考文献
2 初始策略性问题
引言和概述
实验策略
新转录因子的表征方法
分析新基因的调控
专题2.1 核连缀转录分析
考虑达到明确目标所需的时间投入和资源
确定项目目标
评估分析的可行性
启动对新基因的综合转录调控分析
技术
方案2.1 核连缀分析
参考文献
3 转录起始位点的定位
引言和概述
实验策略
初步考虑
快速扩增cDNA末端RACE
专题3.1 帽子依赖性RACE程序
引物延伸
专题3.2 引物延伸
RNase保护法
专题3.3 RNase保护
S1核酸酶分析
专题3.4 核酸酶保护
专题3.5 核酸酶保护
技术
方案3.1 引物延伸分析
方案3.2 RNase保护分析
参考文献
4 启动子分析的功能性分析方法
引言和概述
实验策略
选择分析方法:各种分析方法的优缺点
瞬时转染分析
专题4.1 常用的转染方法
专题4.2 萤光素酶报告基因分析
专题4.3 CAT报告基因分析
专题4.4 LacZ、SEAP和GFP报告基因分析法
专题4.5 瞬时转染细胞的分离
通过染色体整合的稳定转染分析
专题4.6 有复制能力的载体
技术
哺乳动物细胞的常用转染方法
方案4.1 3T3成纤维细胞的磷酸钙转染
方案4.2 淋巴细胞系的DEAE-葡聚糖转染
方案4.3 RAW264.7巨噬细胞的电穿孔转染
方案4.1~4.3的附加说明
方案4.4 萤光素酶分析
方案4.5 氯霉素乙酰转移酶分析
方案4.6 β-半乳糖苷酶分析
参考文献
5 远程控制区的鉴定和分析
引言和概述
专题5.1 DNase I高敏感性分析
实验策略
DNase I高敏感性
基质附着区的鉴定
专题5.2 鉴定MAR的方法
鉴定远程控制区的功能性方法
表征远程控制区的功能性分析方法
参考文献
6 鉴定控制区内的顺式作用DNA元件
引言和概述
实验策略
通过综合性突变体分析鉴定控制元件
综合性分析的策略
来自综合性突变体分析与系统发生分析比较的深刻见解
参考文献
7 鉴定DNA结合蛋白及其基因
引言和概述
鉴定DNA结合蛋白的实验策略
数据库方法
用于粗制细胞裂解物的蛋白质-DNA相互作用分析方法的发展
专题7.1 假设EMSA结果
克隆和鉴定编码DNA结合蛋白基因的实验策略
专题7.2 通过蛋白质纯化克隆
通过蛋白质纯化和肽序列分析进行克隆
其他克隆方法
参考文献
8 确认蛋白质-DNA相互作用的功能相关性
引言和概述
实验策略
染色质免疫沉淀
通过基因破坏或RNA干扰的功能缺失研究
体外蛋白质-DNA复合物的丰度
DNA结合蛋白和靶基因的相对表达模式
蛋白质结合所需核苷酸和调控元件活性所需核苷酸之间的相关性
DNA结合蛋白的过量表达对报告基因或内源基因的反式激活
与相邻控制元件结合的蛋白质间的协作结合和协同效应
基因组足迹模式和体外足迹模式的比较
蛋白质-DNA相互作用的相对亲和力
显性失活突变体
体外转录策略
改变特异性实验
参考文献
9 内源性控制区的体内分析
引言和概述
实验策略
染色质免疫沉淀
DamID
DNase I和DMS基因组足迹
专题9.1 连接介导PCR
高锰酸钾基因组足迹
核小体存在和定位的Southern印迹分析
专题9.2 通过MNase-Southern印迹分析进行核小体定位的低分辨率分析
监测核小体存在和定位的LM-PCR、PCR及ChIP策略
用于分析核小体重塑的体内方法的概述
DNase I高敏感性监测核小体重塑
用于监测核小体重塑的MNase方法
限制性内切核酸酶可及性分析
专题9.3 限制性内切核酸酶可及性-LM-PCR分析
染色质构象捕获
DNA甲基化
技术
方案9.1 MNase-Southern印迹分析
方案9.2 LM-PCR方法
方案9.3 染色质免疫沉淀
参考文献
10 鉴定和表征转录调控因子的结构域
引言和概述
实验策略:定义结构域
功能结构域的鉴定
专题10.1 结构域的计算分析
基本突变原理
专题10.2 表达系统
专题10.3 标签识别与检测的通用方法
序列特异性调控因子的结构域
分离序列特异性调控因子的DNA结合和激活抑制结构域
专题10.4 VP16激活结构域:个案研究
专题10.5 GAL4:个案研究
专题10.6 KRAB抑制结构域:个案研究
细分DNA识别亚结构域和寡聚化亚结构域
概念和策略: 蛋白质-蛋白质相互作用
共激活因子和共抑制因子的分离及克隆
研究激活结构域与共激活因子相互作用的方法
通过亲和层析研究激活抑制结构域与其靶标之间的相互作用
改变特异性遗传系统
通用转录机器的结构-功能分析
共激活因子的分析
技术
方案10.1 PCR介导的定点突变
参考文献
11 DNA的调控性转录因子结合
引言和概述
实验策略
DNA-蛋白质相互作用的一般理论和实例
专题11.1 Kd情况的例子
DNA-蛋白质相互作用的分析及建模
专题11.2 SAAB分析
专题11.3 DNase I足迹和外切核酸酶足迹
专题11.4 用于小沟相互作用的化学探针
启动子特异性多组分核蛋白复合物的分析
技术
方案11.1 DNase I足迹
方案11.2 羟自由基足迹
方案11.3 磷酸乙基化干扰分析
方案11.4 甲基化干扰分析
方案11.5 电泳迁移率变动分析
方案11.6 32P末端标记DNA片段的准备
参考文献
12 体外转录和起始前复合物组装
引言和概述
实验策略
提取物的制备
转录分析
专题12.1 测定体外转录的方法
分级分离的系统
专题12.2 纯化的转录因子
基本起始前复合物的形成
开放复合物的形成、起始和启动子逃脱
活化复合物在启动子上的组装
技术
核提取物制备:概述
方案12.1 Dignam和Roeder核提取物
方案12.2 使用HeLa细胞提取物和引物延伸的体外转录
方案12.3 使用HeLa细胞核提取物的无G序列盒体外转录
共激活因子的纯化方案12.4和方案12.5
方案12.4 表位标记TFIID的纯化
方案12.5 从表达FLAG标记调解因子亚基的HeLa细胞系中纯化调解因子
方案12.6 固定化模板分析
方案12.7 Pol II开放复合物的高锰酸钾探测
方案12.8 DNA结合TFIID的镁-琼脂糖EMSA
参考文献
13 体外研究染色质动力学:染色质组装、重塑和转录
引言和概述
实验策略
用于组装染色质的策略
专题13.1 DNA模板和重建方法对阵列内核小体定位的影响
组蛋白来源
染色质重建的生化表征
专题13.2 核小体阵列的MNase分析
专题13.3 核小体阵列的EcoRI酶切分析
体外测验组蛋白修饰作用策略
染色质重塑修饰酶的分析
以染色质模板进行体外转录
技术
方案13.1 鸡红细胞组蛋白八聚体制备
方案13.2 核小体的盐梯度透析重建
方案13.3 利用重组的果蝇ACF和NAP1重建核小体阵列
参考文献
附录:注意事项
索引
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| 內容試閱：
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1 哺乳动物细胞转录调控入门
引言和概述，1全基因组方法小结，3染色质和通用转录机器，5染色质结构和组织，5染色质修饰，8染色质重塑，12通用转录机器，17调控区的组织，18基础转录复合物的组装和起始，25调解因子，28TFIID 和TAF ，29
活化和抑制，31基因活化，31转录起始期间的染色质修饰和重塑，32通用机器募集的一种模式，34聚合酶II 延伸的初始阶段，35聚合酶II 在基因内遭遇核小体，37转录的沉默或抑制，39
结语，45
引言和概述
蛋白质组、分子、细胞和全基因组研究的结合， 揭示了很多关于真核生物转录差异调控机制的认识。然而，这一领域才仅仅开始瞥见调控的复杂性， 即使在酵母一样简单的生物中也是如此。在人类中， 庞大的转录因子网络控制着转录波， 而这种转录波导致发育、分化及信号转导期间约25 000 个基因的差异转录。这种转录涉及RNA 聚合酶II （Pol II ）、被称为调解因子的共激活因子， 以及6 种被称为TFIIA 、TFIIB 、TFIID 、TFIIE 、TFIIF 、TFIIH （见下面） 的辅助因子的募集。这些因子通过一个明确的循环过程使转录起始和再起始（图1.1） 。
正如荧光原位杂交（FISH ） 所测定的， 染色体似乎在细胞核内占据不同的区域（染色体域，CT ）， 并且已经猜测染色体间通讯发生的原因是大的染色质环的动态移动（Kadauke and Blobel 2008） ， 这种移动可能由肌动蛋白或核肌凝蛋白I 所控制（Branco and Pombo 2006 ； Cremer et al.2006）。据认为， 转录在CT 内和CT 间存在的200 ～
2000 个转录工厂的任何一个中发生。
在所有的真核生物中， 染色体DNA 包装成染色质。染色质分为异染色质和常染色质。异染色质复制晚、着色深、致密， 并经常出现在细胞核边缘、靠近核仁或染色质中心。通常认为异染色质是转录沉默的， 然而最近该领域中的研究表明异染色质中发生有限的转录。常染色质染色浅、松散， 并且通常但也不绝对地定位在细胞核内部。常染色质复制早， 且含有基因组转录活跃区域。兼性染色质是异染色质， 它有转变成常染色质的能力， 反之亦然（Trojer and Reinberg 2007） 。
图1.1 Pol II 转录起始和再起始途径（经Macmillan 出版公司允许，改编自Hahn 2004） 。
染色质的基本单位是核小体， 核小体是由147 bp DNA 、各2 个拷贝的4 种核心组蛋白， 以及在某些环境中的一个连接组蛋白组成的（Horn and Peterson 2002 ； Luger Hansen 2005 ； Woodcock 2006） 。很多组蛋白有数个变体和异构体， 它们似乎在基因调控中发挥特定作用。核小体自身安排成高级结构并受多种形式的调控。基因活化和沉默过程是由序列特异性DNA 结合蛋白精细编排的， 这些蛋白质募集涉及改变染色质模板和转录基因的酶及结构蛋白（structural protein ）。估计在人类基因组中， 编码1800 ～1900 个序列特异性结合蛋白，远不及基因个数或mRNA 表达模式。因此， 即使人类最简单的基因也是由数个序列特异性因子组合调控的（Maston et al.2006）。激活因子以协作方式刺激转录，以至于基因对单一调控信号不应答， 但对控制不同激活因子的数种聚集信号作出应答。这种组合式调控类型可能是基因差异表达中很重要的方面之一（Carey 1998） （ 见第12 章）。
本章是对转录和染色质调控机制的基本概述。具体论题在随后的章节中进一步讨论。若有可能， 我们选择引用综述性文章， 因为涵盖的论题涉及大量原始文献， 并且该领域中的新手将可能需要对本章所讨论的每个方面的一般性介绍。本章仅仅聚焦于聚合酶II （Pol II） 的转录。已出现了关于Pol I 和Pol III 的优秀综述， Pol I 转录编码大核糖体RNA 的45S 前体基因， 而Pol III 转录很多小RNA 基因， 包括为tRNA 和5S 核
1 哺乳动物细胞转录调控入门
糖体（Haeusler and Engelke 2006 ； Russell and Zomerdijk 2006 ； Chedin et al.2007 ；Dieci et al.2007 ；Cramer et al.2008） 。在植物中，第4 种RNA 聚合酶在合成微RNA （microRNA ， miRNA ） 时出现（Vaughn and Martienssen 2005） ， 但是像线粒体这样的细胞器有它们自己的RNA 聚合酶（Scarpulla 2008） 。
全基因组方法小结
方法的简要概述可能有助于理解在本入门章节中将出现的一些信息， 尽管第9 章中我们也将涵盖这些方法中的部分方法。通常通过染色质免疫沉淀来研究全基因组蛋白质DNA 相互作用（Kim and Ren 2006） ， 其中， 染色质免疫沉淀使用来自甲醛处理的细胞核的片段化染色质。甲醛将蛋白质交联到DNA 上， 并且通过超声或核酸酶处理使交联的蛋白质-DNA 复合物片段化， 然后用靶向目的蛋白或组蛋白修饰的抗体对蛋白质DNA 复合物进行免疫沉淀。之后， 分离沉淀的DNA 、解交联，并使用荧光标记的核苷酸对DNA 进行聚合酶链反应（PCR） 扩增。然后将扩增的DNA 与带有叠连DNA 阵列（tiled DNA array ） 的芯片杂交， 这些叠连DNA 阵列代表了启动子（启动子阵列） 及基因组感兴趣的区域， 包括某些启动子和增强子［如ENCODE 阵列， ENCODE 计划联盟（ENCODE Project Consortium ） 2004］ ； 或者， 可构建用户定制设计的阵列。通过芯片荧光信号测定的杂交量是蛋白质与DNA 结合的一种度量， 通过荧光阅读器对这种杂交荧光信号进行检测并使用附带的软件对其定量。这些所谓的ChIP-chip （或ChIPon-chip） 分析已在该领域广泛用于破译控制转录的调控线路（图1.2） 。
ChIP-chip 技术有很多局限性，包括抗体、覆盖整个基因组的费用， 以及在选择要检查的区域中产生的偏向性。另外， ChIP 不是定量的，难以把占据率的测量结果归因于ChIP 。例如，对任何特定的基因，如果具有该基因的所有细胞或仅一小部分细胞包含结合的蛋白质或组蛋白修饰， 那么当前用ChIP 来确定是不可行的。在两种修饰或结合事件出现在相同位置的情况下， 有可能对一个样品再次ChIP ， 以确定它是否含有另一种修饰， 这种操作很少在全基因组研究中进行。此外，ChIP 主要是描述性的， 并不产生机制信息。尽管如此，ChIP 产生的信息可能具有启迪作用，并使研究者提出可测试的假设。
最新的技术涉及ChIP 及随后的微流体装置中沉淀DNA 的高通量DNA 测序（ChIP-Seq 或ChIP Sequencing）（Collas and Dahl 2008） 。该方法具有无偏的优点， 但受限于抗体质量和全基因组覆盖； 虽然全基因组覆盖仍然是困难的， 但已经可以实现， 该技术及增加序列覆盖度的能力正在迅速提高。这些技术使一些简单分析， 如转录因子和组蛋白修饰的ChIP 分析， 能够在全基因组基础上进行。
ChIP-chip 和ChIP-Seq 技术可适用于DNA 甲基化研究（Zilberman and Henikoff 2007） 、DNase I 高敏感性（Crawford et al.2006a ， b ； Xiet al.2007）、染色质构象捕获（3C）（Simonis et al.2007）及RNA 陷阱（Chakalova et al.2004） 。
可通过以甲基化CpG 抗体沉淀染色质来测量DNA 甲基化。DNase I 高敏感性是测量染色质对DNase I 可及性（accessibility ） 的一种技术。以增强子、启动子和绝缘子为特征的开放染色质对切割更敏感。对于单个基因， 通过Southern 印迹分析DNase I 切割的DNA ，或者将DNase I 切割的DNA 连接接头引物， 使用接头引物扩增DNA ， 用
图1.2 全基因组ChIP-chip 。在一般的实验中， 通过PCR 对来自ChIP 反应的DNA 进行扩增，扩增中以荧光团标记扩增DNA ，扩增产物同微阵列杂交。A.安捷伦（Agilent） 启动子微阵列的扫描图像，该微阵列同来自腺病毒感染细胞的荧光标记ChIP DNA 杂交。插入图显示了该芯片的一个小区域的放大图像。这些阵列由2 张片子组成， 共包含17 054 个注释的人类启动子的探针， 覆盖了每个启动子相对于已知注释的转录起始位点（TSS） -5.5~+2.5kb 的区域。每片微阵列包含244 000 个60 bp 长的寡核苷酸探针。每个点的荧光强度反映ChIP 样品中相应DNA 片段的富集水平。将从芯片扫描获得的数据归一化，并通过包括聚类算法的各种统计方法对其进行分析（见下文）。该插图是灰度图，但一般以绿色和红色显示阵列图像。B.该图显示了灰度热图， 但通常用绿和红或者黄和蓝显示热图。根据给定的比例，热图用于直观显示每个基因座位的富集水平。按照惯例，红或黄色调增强反映更高富集值，而绿或蓝色调的增强反映相对耗尽。在显示的该例子中，按照K-均值排列数据，可见这些数据聚类为三组， 聚类的依据是基因表达数据和基因个体发生学分类（http ：david.abcc.ncifcrf.gov ） 。沿垂直轴的行各代表一个单独的基因，并且根据右下角的比例尺，各列反映ChIP 信号。每列代表沿启动子长度的500 bp 间隔，启动子区从-5.5到+ 2.5kb 。在该实验中， 用腺病毒感染细胞， 在感染24 h 后，通过基因表达微阵列检测mRNA 水平， 并且通过ChIP-chip 检测H3K18 和H3K9 的乙酰化水平，以及腺病毒小E1A （e1a） 蛋白的结合。图版从左到右依次表示基因表达数据（Exp ）、腺病毒感染时H3K18 和H3K9 的乙酰化水平， 以及E1A 结合。注意：E1A 的结合主要发生在TSS 周围，但它对组蛋白乙酰化的影响从TSS 上游和下游扩展到基因的转录区（A 由R.Ferrari 提供； B 经AAAS 许可， 改编自Ferrari et al.2008） 。
1 哺乳动物细胞转录调控入门
于测序或ChIP分析。
3C 是将甲醛交联过的蛋白质-DNA 复合物用限制酶消化并稀释，然后加入DNA 连接酶的一种技术。如果一个蛋白质交联到相距较远的两段DNA （即一个增强子和启动子） 上， 那么这两个DNA 片段将被连接在一起， 因为它们在空间上相互接近（即交联到相同的蛋白质上）。之后， 用特异性引物或者连接接头扩增DNA 片段。所得到的DNA 片段可与芯片杂交或测序。
RNA 陷阱方法目前仅有少数实验室使用， 该技术设计互补于一个RNA 分子的寡核苷酸探针， 其中， RNA 分子代表一个接近转录起始位点（TSS ） 的区域。该探针同隔离的染色质上的RNA 杂交，其中该染色质上包含正在延伸的Pol II 。将寡核苷酸探针连接到地高辛上，地高辛与辣根过氧化物酶偶联的地高辛抗体结合。加入生物素酪胺， 并且过氧化物酶产生自由基， 自由基将生物素连接到附近的蛋白质上。DNA 片段化后，在链亲和素偶联的树脂上分离生物素标记的蛋白质和DNA 。捕获的DNA 片段可以扩增并测序， 或同芯片杂交。因此， 如果相距较远的两段DNA 接近该RNA 的5′ 端， 它们将在该程序中被分离。
下面要讨论的另一种技术是FISH ， 这种方法通常在固定的细胞核或细胞上进行， 在该方法中， 荧光标记的核苷酸探针同RNA 或DNA 杂交， 并且使用共聚焦显微镜监测荧光。将FISH 同免疫荧光结合起来， 比较DNA 和RNA 相对于各种含蛋白质结构的位置。该技术用于定位染色体域， 还可鉴定mRNA 相对于含RNA Pol II 的核点（foci） 的位置， 其中含RNA Pol II 的核点被称为转录工厂（transcription factory ）。此外，在某些情况下，该技术还可用于研究诸如基因座控制区（LCR） 的DNA 元件相对于正在远处活跃转录的基因的位置。
染色质和通用转录机器
染色质结构和组织
染色质凝聚使得2 m 长的DNA （直径2 nm ， 每圈10.4bp 、高3.4nm） 适合5～20 μm 直径的细胞核。细胞核的FISH 分析已经揭示出在一般的哺乳动物间期细胞核中， 每个染色体占据不同的区域， 该区域称为CT （Branco and Pombo 2006 ； Cremer et al.2006） 。这些CT 内的染色体由基本的10 nm 直径的核小体纤维（串珠结构） 组装而成， 其中， 每个核小体包含一个核心组蛋白八聚体（包含各两分子的组蛋白H2A 、H2B 、H3 和H4） ， 以及偶尔出现的一个连接组蛋白――― H1 或H5（Horn and Peterson 2002 ； Luger and Hansen 2005 ； Woodcock 2006）。10nm 核小体纤维再组装成称为30 nm 纤维的高级结构（Tremethick 2007 ； Wu et al.2007） ，30nm 纤维卷曲成80 ～100 nm 的染色丝纤维（Horn and Peterson 2002） 。有可能存在数种其他层次的组织， 包括染色体域内或染色体域间的多种形式的染色质环、异染色质区， 以及转录工厂（Kadauke and Blobel 2008） 。除了组蛋白， 包括各种高迁移组（HMGA 、HMGB 和HMGC） 蛋白（Hock et al.2007）的几种高丰度非组蛋白（NHP） 通常与染色质结合， 并与核基质附着位点一起用于染色质的组织（Linnemann et al.2007）。核基质本
身是一组不溶性蛋白， 构成附着于核纤层的纤维网格。
最初的高分辨率核小体晶体结构是在1997 年解析的， 此后， 出现了更高分辨率的核小体结构， 除此之外， 还出现了含有数个组蛋白变种的核小体结构（见下文） （Chakravarthy et al.2005） 。此外， 已解析了四联核小体结构， 从而洞悉了高级核小体包装可能是如何发生的（Schalch et al.2005 ；Tremethick 2007） 。一个典型的核小体包含146 ～147 bp 的DNA ， 该DNA 以环形超螺旋缠绕在组蛋白八聚体周围， 共缠绕1.65次。该结构揭示核小体具有约6 nm × 10 nm 的类圆盘形状。可将组蛋白八聚体细分为一个H3H4 异源四聚体和两个H2A H2B 异源二聚体（图1.3） 。
图1.3 核小体的两种视图。核小体用PyMOL 和PDB file 1KX5 绘制。尾巴是人为从核小体核心延伸出来的。（深灰色） H3H4 四聚体； （浅灰色） H2A H2B 二聚体。下述尾巴残基突出显示： H3 上的Lys 4 、9 、14和27 ， 以及H4 上的Lys 16 和20 。注意， H4 尾巴比H3 短。因此， 残基16 和20 非常靠近起始的H4α 螺旋且靠近DNA （由J.Heiss 绘制， UCLA ）。
1 哺乳动物细胞转录调控入门?7?
每个组蛋白含有一个特征性模体， 称为组蛋白折叠。该模体由一个两端通过短的β 转角与两个短α 螺旋连接的长α 螺旋组成。组蛋白将精氨酸插入到所有14 个面向单核小体中八聚体表面的DNA 小沟中。特异性接触点的个数估计约为120 个。这些接触提供了驱使DNA-八聚体相互作用的大部分能量。依据单个二核苷酸碱基阶梯的可变形性， 不同的DNA 序列有不同的折叠进核小体的倾向（Richmond 2006 ； Segal et al.2006） 。自相矛盾的是，生物物理学的研究表明， 核小体中DNA-蛋白质的相互作用是动态的。在生理性盐浓度下，核小体中DNA 的出入点似乎瞬时脱离八聚体的表面， 甚至在诸如人工601 序列这样的高亲和力核小体定位序列上也是如此（Mihardja et al.2006 ； Hoch et al.2007） 。此外， 在低亲和力序列上， 核小体可沿DNA 滑动， 诸如NAP1 的组蛋白分子伴侣（Park and Luger 2006） 和三磷酸腺苷（ATP） 依赖性重塑机器可促进这种滑动（Cairns 2005 ； Saha et al.2006b）。连接组蛋白H1 和H5 在氨基末端包含一个两侧有非结构化结构域的翼状螺旋结构域， 并且在羧基末端含有高碱性但非结构化的区域。氨基末端被磷酸化， 并且氨基和羧基末端及翼状螺旋结构域在数个位置被翻译后修饰（Woodcock et al.2006 ；Wisniewski et al.2007） 。据认为， 连接组蛋白在核小体的出入点结合DNA ， 但这是否总是正确的， 还有待于进一步的研究。连接组蛋白的结合限制核小体的移动性。
所有4 种组蛋白都包含富含赖氨酸的氨基末端尾巴。此外， H2A 组蛋白有类似的富含赖氨酸和丝氨酸的羧基末端尾巴， 该尾巴未被很好地表征。组蛋白尾巴从核小体的表面伸出， 并且在组织或稳定核小体DNA 中不发挥主要作用。然而， 这些尾巴经受很多翻译后修饰， 这些修饰在转录、复制和修复期间充当控制染色质代谢的信号通路的组件。某些尾巴稳定核小体间的DNA 相互作用。例如， H4 的尾巴同相邻核小体内H2A H2B 二聚体的暴露表面相互作用， 该表面主要是由来自H2A 的7 个酸性残基形成的。有证据表明， H4 的尾巴对30 nm 纤维的形成是必要的， 因为H4 尾巴在K16 的乙酰化导致赖氨酸碱性电荷的中和， 这解开了H4 尾巴与H2A H2B 二聚体的接触并阻止30 nm 纤维的形成（Shogren-Knaak et al.2006）。
有很多从组蛋白主要家族中分出的组蛋白变种（Tin et al.2005 ；Bernstein and Hake 2006 ； Hake and Allis 2006 ； Workman 2006 ； Eirin-Lopez and Ausio 2007 ； Kusch and Workman 2007 ； Loyola and Almouzni 2007） ， 这些变种包括H2AZ 、H2AX 、macroH2A 、H2A.Bbd 、H3.3及CenH 3。发现H2AZ 以未乙酰化的形式存在于基因组的抑制区，而当H2AZ 被乙酰化时， 则存在于基因组的活性区（即启动子）。磷酸化的H2AX 出现在DNA 损伤位点。macroH2A 富集于雌性无活性X 染色体中。H2A.Bbd 位于染色体的转录活性区， 并且被排除在无活性区（即排除于无活性的X ； Bbd 代表巴氏体缺失）。H3.3在活跃转录期间被整合进基因中， 而CenH3 或CenpA 位于着丝粒异染色质内。
关于这些替代组蛋白的性质仍然有很多要了解， 但它们的功能可能与它们的定位有关。例如， 通过SWR1 ATP 重塑酶， 组蛋白变种H2AZ （约60% 同H2A 一致） 被插入酿酒酵母（S.cerev isiae） 和哺乳动物启动子两侧的核小体中（Korber and Horz 2004） 。含有H2AZ 的核小体包含增加30nm 纤维形成的被延伸的酸性补丁（McBryant
et al.2006 ；Tremethick 2007） ， 但是含有H2AZ 的核小体可能不及含有H2A 的核小体稳定（Zhang et al.2005） 。尽管如此， 结构分析揭示H2AZ 被纳入核小体中， 而没有任何明显的DNA 接触的扭曲或损失（Chakravarthy et al.2005）。
30 nm 细丝的结构是目前许多研究的主题， 因为相关的证据有力地表明细丝内的基因必须被“解压缩” 才能胜任转录。在30 nm 细丝的早期电子显微镜（EM ） 研究中， 认为单个核小体呈螺线管构型， 折叠成所谓的单头螺旋。该结构的证据包括EM 和交联数据。相比之下，最近的高多分辨率数据表明其还有一种替代形式， 称为Z 形双头螺旋（图1.4） （Tremethick 2007 ； Wuet al.2007）。该模式中， 两个核小体彼此间弯曲成Z 形， 与交叉在二者间的连接DNA 形成两行。例如， 第一个和第三个核小体被堆叠在一行， 并且通过连接DNA 连接到第二行上， 而第二行上堆叠了第二个和第四个核小体。在高镁离子浓度中形成的四联核小体的晶体结构揭示了核小体的两个堆叠， 同时在两个堆叠之间带有Z 形弯曲的连接DNA ， 从而表明与30 nm 纤维的一种关系， 即使该模型显示直径可能不是30 nm 。通过EM 研究显示， 含有H1 的核小体形成类似的Z 形结构。连接组蛋白的整合可显著地稳定30 nm 细丝。最后， 短核小体阵列的交联数据也支持Z 形结构。
图1.4 30nm 细丝的结构模式。显示30 nm 细丝的两种模式： 螺线管单头螺旋和Z 形双头螺旋。当前有支持两种模式的数据（经Elsevier 许可， 改编自Trementhich 2007） 。
染色质修饰
组蛋白尾巴的修饰是转录活化和沉默期间调控的主要形式（Kouzarides 2007） ， 该尾巴及某些情况下组蛋白的球状结构域， 受到至少8 种类型的共价标记： 乙酰化、甲基化（赖氨酸单甲基化、双甲基化和三甲基化， 以及精氨酸单甲基化和双甲基化， 其中双甲基化可对称和不对称）、磷酸化、泛素化、SUMO 化、二磷酸腺苷（ADP）-核糖基化、脱亚氨基作用及脯氨酸异构化。这些标记具有环境依赖性的效应， 同时， 在生物体
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