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Mol Cell:中科院生物物理所李国红和物理所李明课题组合作揭示FACT对染色质高级结构调控的分子机制

摘要 : 2016年9月22日,国际著名学术杂志《Cell》子刊《Molecular Cell》杂志在线发表了中国科学院生物物理所李国红课题组与物理所李明课题组合作完成的题为“FACT Remodels the Tetranucleosomal Unit of Chromatin Fibers for Gene Transcription”的研究文章。

 2016年9月22日,国际著名学术杂志《Cell》子刊《Molecular Cell》杂志在线发表了中国科学院生物物理所李国红课题组与物理所李明课题组合作完成的题为“FACT Remodels the Tetranucleosomal Unit of Chromatin Fibers for Gene Transcription”的研究文章。研究工作利用单分子磁镊技术实时跟踪和解析了染色质纤维结构建立的动态过程和力学基础,发现了“四核小体”结构单元是染色质折叠过程中形成的一种稳定的中间状态;揭示了组蛋白伴侣FACT(Facilitates Chromatin Transcription)可以调控“四核小体”结构的稳定性,从而促进基因转录。物理所李伟副研究员和生物物理所陈萍研究员为论文共同第一作者,李国红研究员和李明研究员为论文共同通讯作者。

真核生物中,基因组DNA逐级折叠形成染色质包裹在细胞核内;任何DNA相关的生命活动(包括基因转录、DNA复制、修复和重组等)都是在染色质这个结构平台上进行的。染色质结构及其高度动态变化为表观遗传调控提供了一个非常重要的信息整合平台。但是,鉴于染色质分子的高度复杂性、异质性和动态性,长期以来人们对染色质结构的研究还非常有限。

李国红课题组一直致力于染色质高级结构及表观遗传调控分子机制的研究,成功建立了一套具有国际领先水平的染色质体外重建系统,前期与朱平课题组合作解析了30nm染色质纤维的高精度冷冻电镜结构,首次揭示了30nm染色质纤维以“四核小体”为结构单元的左手双螺旋结构模型(Science 2014,research article)。

在本次研究中,鉴于染色质分子的高度异质性和动态性,李国红课题组和李明课题组经过长期合作,利用单分子磁镊技术对30nm染色质纤维结构建立和维持的动力学过程及其调控机制进行了深入的探讨。利用单分子磁镊技术,研究人员首先揭示在力学作用下染色质纤维结构的逐级解聚/去折叠的动态过程;发现在小力(~3pN)作用下,染色质纤维在折叠/去折叠过程中形成一个非常稳定的“四核小体”结构单元;进一步研究发现该结构单元高度动态,且其稳定性受到组蛋白伴侣FACT的负调控,是染色质纤维在核小体之上的又一个具有生物学调控功能的结构单元,具有非常重要的生物学意义。该研究首次从单分子水平实时跟踪和解析了染色质纤维结构动态调控的力学基础和动力学过程,为后续进一步探讨各种表观遗传因子动态调控染色质纤维结构的分子机制奠定了坚实的研究平台和基础。

图注:组蛋白伴侣FACT调控四聚核小体结构单元,促进基因转录

原文链接:

FACT Remodels the Tetranucleosomal Unit of Chromatin Fibers for Gene Transcription

原文摘要:

In eukaryotes, the packaging of genomic DNA into chromatin plays a critical role in gene regulation. However, the dynamic organization of chromatin fibers and its regulatory mechanisms remain poorly understood. Using single-molecule force spectroscopy, we reveal that the tetranucleosomes-on-a-string appears as a stable secondary structure during hierarchical organization of chromatin fibers. The stability of the tetranucleosomal unit is attenuated by histone chaperone FACT (facilitates chromatin transcription) in vitro. Consistent with in vitro observations, our genome-wide analysis further shows that FACT facilitates gene transcription by destabilizing the tetranucleosomal unit of chromatin fibers in yeast. Additionally, we found that the linker histone H1 not only enhances the stability but also facilitates the folding and unfolding kinetics of the outer nucleosomal wrap. Our study demonstrates that the tetranucleosome is a regulatory structural unit of chromatin fibers beyond the nucleosome and provides crucial mechanistic insights into the structure and dynamics of chromatin fibers during gene transcription.

来源: Molecular Cell 浏览次数:0

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