子科生物報(bào)道：核小體是染色質(zhì)的基本組成部分，由146 bp的DNA纏繞組蛋白八聚體（H2A-H2B和H3-H4二聚體）構(gòu)成。組蛋白的N端尾部能進(jìn)行多種翻譯后修飾，包括甲基化、乙?；?、磷酸化、泛素化等。這些修飾通過改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)來影響DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和損傷修復(fù)等各種基因組功能。組蛋白H2A單泛素化修飾（H2Aub1）在真核生物中非常保守，且在基因組上廣泛分布，其對(duì)基因表達(dá)和細(xì)胞特征維持發(fā)揮了重要的功能。在擬南芥中，多梳抑制復(fù)合物(Polycomb-repressive complex 1, PRC1）中AtBMI1A/B/C和AtRING1A/B兩類泛素連接酶亞基對(duì)H2A第121位賴氨酸進(jìn)行單泛素化修飾，但是PRC1組分缺乏DNA結(jié)合域，泛素連接酶如何與DNA結(jié)合并對(duì)特定基因組位點(diǎn)上的核小體組分H2A進(jìn)行單泛素化修飾是亟待解決的科學(xué)問題。

2023年3月3日，上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院方玉達(dá)教授團(tuán)隊(duì)和涂曉雨副教授團(tuán)隊(duì)以及同濟(jì)大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院江賜忠教授團(tuán)隊(duì)在Nature Communications發(fā)表了題為Histone H2A monoubiquitination marks are targeted to specific sites by cohesin subunits in Arabidopsis的研究論文，揭示了擬南芥cohesin蛋白復(fù)合體亞基AtSYN4和AtSCC3與AtBMIs構(gòu)成“分子橋”，介導(dǎo)組蛋白H2A進(jìn)行基因組定點(diǎn)單泛素化修飾的分子機(jī)制。

Cohesin是真核生物中保守的蛋白復(fù)合體，由染色體結(jié)構(gòu)維持蛋白（Structural Maintenance of Chromosome，SMC）SMC1與SMC3、姐妹染色單體黏連蛋白（SISTER CHROMATID COHESION）SCC3和α-kleisin家族蛋白組成為環(huán)狀結(jié)構(gòu)。在細(xì)胞有絲分裂和減數(shù)分裂期，cohesin參與染色質(zhì)形態(tài)維持并保證染色體有序地分配進(jìn)入子細(xì)胞。在細(xì)胞間期，cohesin充當(dāng)染色質(zhì)“成環(huán)”的腳手架，介導(dǎo)增強(qiáng)子-啟動(dòng)子或絕緣子-啟動(dòng)子之間的交互作用，參與染色質(zhì)三維空間結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生和維持，并以此調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄。

擬南芥有1個(gè)SCC3蛋白（AtSCC3）和4個(gè)α-kleisin類蛋白（AtSYN1-4）。在這項(xiàng)研究中，作者發(fā)現(xiàn)了擬南芥cohesin兩個(gè)亞基（AtSYN4與AtSCC3）之間以及AtSCC3與泛素連接酶AtBMIs之間有直接相互作用。因此，AtSCC3作為分子橋梁，介導(dǎo)了AtSYN4-AtSCC3-AtBMIs橋接復(fù)合體的形成。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)atsyn4突變體與atscc3的RNAi敲低植株中整體H2Aub1水平降低。通過atsyn4突變體、atscc3的RNAi系與atbmi1a/b/c突變體轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的聯(lián)合分析，發(fā)現(xiàn)它們表達(dá)變化的基因呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)性，顯示AtSYN4、AtSCC3和AtBMIs之間的在H2Aub1生物學(xué)過程中的功能相關(guān)性。AtSCC3、AtSYN4和H2Aub1 ChIP-seq結(jié)果分析表明，AtSYN4、AtSCC3和H2Aub1多結(jié)合在轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)（TSS）附近。AtSYN4/AtSCC3的信號(hào)主要在TSS上游約100bp處富集，而H2Aub1的信號(hào)主要富集在TSS下游約250bp處。此外，atbmi突變體中H2Aub1水平下降的基因與AtSYN4/AtSCC3富集的基因有顯著交集。AtSCC3/AtSYN4-ChIP-seq數(shù)據(jù)還顯示二者的結(jié)合位點(diǎn)都顯著富集G-box （CACGTG）核心基序。酵母單雜交等實(shí)驗(yàn)證實(shí)AtSYN4可以直接結(jié)合含有G-box的DNA序列，而AtSCC3亞基則不能直接結(jié)合G-box基序。在atsyn4突變體中，AtSCC3和H2Aub1在含有G-box基序位點(diǎn)的富集度顯著降低。

綜上，該研究首次揭示了擬南芥cohesin在H2Aub1靶向特定基因組位點(diǎn)中的作用，即cohesin的AtSYN4亞基直接與含有G-box基序的DNA結(jié)合，而cohesin的AtSCC3亞基與PRC1中的泛素連接酶AtBMI1A/B/C亞基發(fā)生直接相互作用，進(jìn)一步通過AtSYN4與AtSCC3間的相互作用將這些泛素連接酶橋接到基因組上含G-box基序的位點(diǎn)，介導(dǎo)這些位點(diǎn)的核小體中組蛋白H2A發(fā)生單泛素化修飾（圖1）。

圖1. H2Aub1通過cohesin蛋白亞基AtSYN4和AtSCC3特異性地靶向含G-box基序的基因組位點(diǎn)的分子模型

上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院出站博士后張雨、博士研究生馬敏以及同濟(jì)大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院畢業(yè)研究生劉孟、上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院博士后孫愛清為文章共同第一作者。上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院方玉達(dá)教授和涂曉雨副教授以及同濟(jì)大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院江賜忠教授為共同通訊作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金以及上海市“超級(jí)博士后”激勵(lì)計(jì)劃的資助。