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李国红课题组和物理所合作利用单分子技术揭示FACT对核小体结构调控的分子机制
2018-07-20 | 【     】【打印】【关闭

  2018年7月19日,《Molecular Cell》杂志发表了李国红课题组与物理所李明团队合作的,题为“Functions of FACT in Breaking the Nucleosome and Maintaining Its Integrity at the Single-Nucleosome Level”的研究文章。该研究工作在单分子水平上实时跟踪和解析FACT复合物对核小体结构的动态调控过程。

  在真核生物细胞中,基因组DNA被组装形成染色质存储在细胞核中。所有有关DNA的生命活动,包括基因复制、转录、损伤修复等都是在染色质的基础上进行的。FACT(Facilitates Chromatin Transcription,促进染色质转录因子)复合物最早由Danny Reinberg(HHMI研究员、美国科学院院士)实验室发现,在真核生物中高度保守,是细胞存活的必要条件。研究发现FACT在几乎所有染色质相关过程中都发挥至关重要的作用,包括基因转录、复制、修复等过程;它不仅能够促进DNA或RNA聚合酶在染色质上的工作进度,并能维持全基因组染色质结构完整。但是目前对于FACT复合物是如何与核小体——染色质基本单元相互作用,进而去行使它的生物学功能的仍然不清楚。

  中科院生物物理所李国红课题组一直致力于染色质结构及表观遗传调控研究。在前期研究工作中,李国红与物理所李明团队合作揭示了FACT复合物可以调控 “四核小体”结构单元(染色质纤维折叠过程中形成的稳定中间状态)的稳定性,从而促进基因转录(Mol Cell 2016)。在此基础之上,该研究工作进一步探讨FACT复合物对核小体结构的动态调控机制,发现FACT复合物可以显著降低核小体的稳定性,使得核小体在更小的力下被打开;并且能够帮助核小体维持它的完整性,即使核小体结构被完全打开,FACT可以维持组蛋白八聚体在DNA上,并帮助DNA缠绕组蛋白八聚体形成核小体。在此过程中,FACT复合物的两个亚基SPT16和SSRP1各司其职,协同作用。在基因转录或复制过程中,FACT复合物对核小体结构稳定性的破坏可以帮助DNA或RNA聚合酶通过核小体障碍,进而激活基因;而另一方面,当聚合酶通过核小体以后,FACT可以帮助维持原来旧的组蛋白八聚体,并将它们重组装成完整的核小体,在该基因区域维持或保留旧的组蛋白表观遗传印迹发挥重要作用。该项研究为后续深入探讨FACT复合物在不同生物学过程中的作用及调节机制奠定了基础。

  图示:FACT复合物对核小体结构调控的分子机制

  中科院生物物理所李国红及物理所李伟和李明为本文共同通讯作者,生物物理所陈萍和董立平为本文共同第一作者。该研究得到科技部,国家自然科学基金委和中科院基金的支持。

  文章链接:https://www.cell.com/molecular-cell/fulltext/S1097-2765(18)30465-9 

  文章点评:李国红组揭示组蛋白伴侣对核小体结构调控的分子机制

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