在真核生物中，基因组DNA与组蛋白结合形成核小体单元，进而压缩染色质。染色质是基因调控的关键平台，所有与DNA相关的生命活动都和染色质密切相关。macroH2A作为组蛋白H2A分子量最大的变体，以其独特的linker和macro结构域，在X染色体失活、胚胎发育、细胞代谢及肿瘤发生等多个过程中发挥重要调控作用。组蛋白伴侣FACT（Facilitates Chromatin Transcription）已被发现在DNA复制和修复、基因转录等关键过程中都发挥着重要的作用。中国科学院生物物理研究所李伟团队前期的研究工作揭示了FACT蛋白对核小体具有降低稳定性和维持完整性的双重调控机制（Molecular Cell 2018）。尽管早期研究表明，macroH2A会广泛定位在染色质上，当基因需要被激活时，FACT能够将macroH2A从染色质相应的位置上进行清除，从而激活基因转录。但是，macroH2A通过FACT调节基因表达的核心机制，仍然需要进一步阐明。

　　2024年8月7日，中国科学院生物物理研究所李伟研究员和首都医科大学基础医学院陈萍教授带领团队在《Molecular Cell》期刊上发表题为"FACT Mediates the Depletion of macroH2A1.2 to Expedite Gene Transcription"的研究论文。该研究首次揭示了组蛋白变体macroH2A通过S139关键位点调控分子伴侣FACT核小体维持功能的分子机制，并确定这一机制在基因转录激活及巨噬细胞功能活化过程中发挥关键作用。

图1. 利用磁镊单分子操控技术，精确表征FACT与macroH2A核小体的互作。

　　核小体动态结构的精确表征是确定变体macroH2A作用的关键一步。研究人员首先通过利用体外核小体组装体系，结合自主建立的高时空分辨单核小体磁镊操控技术，深入解析了macroH2A的macro和linker结构域对核小体稳定性及结构动力学过程的影响（图1）。该研究发现macroH2A并不会影响核小体动力学，但是它能够促进FACT结合，并能够大大降低macroH2A核小体稳定性，介导macroH2A从核小体上清除。进一步研究发现macroH2A第139位丝氨酸作为一个关键位点，能够调控FACT与macroH2A之间的互作。在巨噬细胞中，全基因组测序分析也证实了以上现象，FACT蛋白能够到达macroH2A定位的基因组区域，将macroH2A从染色质上清除掉，从而促进相关基因的转录，调控巨噬细胞功能。而将macroH2A第139位丝氨酸突变后，能够重塑macroH2A在染色质上的定位，改变巨噬细胞内的基因表达水平（图2）。

图2. FACT介导macroH2A清除并调控基因转录与巨噬细胞炎症反应的分子机制。

　　该研究结合多种技术手段，揭示FACT能够介导macroH2A从核小体上清除的重要作用，并最终锁定macroH2A连接区域中第139位丝氨酸是调控FACT复合物与macroH2A相互作用的重要位点。该工作首次从分子水平上明确了FACT复合物与变体macroH2A的互作机制，为深入理解两者互作在基因转录调控中的作用提供理论基础，也为理解macroH2A与FACT在巨噬细胞功能调控中的作用提供了依据。

　　中国科学院生物物理研究所李伟研究员和首都医科大学基础医学院陈萍教授为论文的共同通讯作者，中国科学院生物物理研究所肖雪博士、首都医科大学基础医学院博士生纪登玉和罗岸峰博士为共同第一作者。该研究受到国家自然科学基金重大项目和面上项目、中国科学院战略性先导科技专项的资助。

　　文章链接：https://doi.org/10.1016/j.molcel.2024.07.011

（供稿：李伟研究组）