深圳子科生物報道：細(xì)胞內(nèi)DNA的總長度在2-3米之間。為了適應(yīng)細(xì)胞核內(nèi)的狹小空間，DNA纏繞在組蛋白的周圍形成核小體。染色質(zhì)就是由一連串的核小體所組成。在表達(dá)特定基因時，細(xì)胞要接觸到染色質(zhì)內(nèi)受保護的DNA。這意味著必須打開染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，暴露潛在的目標(biāo)基因。

這個過程被稱為染色質(zhì)重塑（chromatin remodeling），它調(diào)節(jié)基因表達(dá)并涉及到眾多參與者。闡明這一關(guān)鍵步驟，有助于基因工程工具的發(fā)展。如今，瑞士洛桑聯(lián)邦理工大學(xué)的研究人員結(jié)合生物學(xué)和物理學(xué)方法，在單分子水平上揭開了染色質(zhì)開放過程的第一步。這項成果發(fā)表在《Molecular Cell》雜志上。

他們的研究聚焦在一組“先鋒轉(zhuǎn)錄因子（pioneer transcription factors，pTF）”上。這些蛋白質(zhì)與染色質(zhì)內(nèi)的特定DNA區(qū)域結(jié)合，啟動染色質(zhì)重塑并控制下游因子的招募，但這些區(qū)域本身被其他蛋白所掩蓋。那么，先鋒轉(zhuǎn)錄因子是如何玩轉(zhuǎn)染色質(zhì)迷宮的呢？

Rap1接觸染色質(zhì)的示意圖

洛桑聯(lián)邦理工大學(xué)的Beat Fierz實驗室以酵母為對象，利用單分子熒光技術(shù)開展研究。他們研究了一種稱為Rap1的酵母先鋒轉(zhuǎn)錄因子，并發(fā)現(xiàn)它可以編排染色質(zhì)重塑過程，從而使特定的DNA區(qū)域暴露出來。

在此過程中，研究人員利用模擬酵母啟動子結(jié)構(gòu)的重組染色質(zhì)系統(tǒng)，證明了Rap1能夠與染色質(zhì)纖維內(nèi)的核小體DNA相結(jié)合，不過與裸露的DNA相比，停留時間更短。

之后，他們表明Rap1結(jié)合通過抑制核小體之間的接觸而打開了染色質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)。最后，Rap1與染色質(zhì)重塑復(fù)合物（RSC）合作取代啟動子核小體，讓新暴露出的DNA能夠被其他參與基因表達(dá)調(diào)控的蛋白質(zhì)所使用。

通過揭示Rap1如何接觸染色質(zhì)并打開它的物理化學(xué)機制，洛桑聯(lián)邦理工大學(xué)的研究為其他先驅(qū)轉(zhuǎn)錄因子提出了生物學(xué)模型，也提供了在單分子水平上研究它們的工具。

原文檢索

Maxime Mivelaz, Anne-Marinette Cao, Slawomir Kubik, Sevil Zencir, Ruud Hovius, Iuliia Boichenko, Anna Maria Stachowicz, Christoph F. Kurat, David Shore, Beat Fierz. Chromatin fiber invasion and nucleosome displacement by the Rap1 transcription factor. Molecular Cell 21 November 2019. DOI: 10.1016/j.molcel.2019.10.025