揭示染色质折叠的奥秘 深圳湾实验室团队科研成果登上《自然》杂志

揭示染色质折叠的奥秘 深圳湾实验室团队科研成果登上《自然》杂志

引用

读特深圳门户

1.

https://m.dutenews.com/n/article/8715946?from=app&client=1

人体细胞中蕴含着约30亿对碱基对构成的DNA，这些DNA最初与蛋白质松散结合形成染色质。当细胞分裂时，染色质螺旋缠绕并压缩，将DNA链条浓缩成紧密的棒状结构，进而形成染色体。因此，染色质的精确折叠对遗传信息的传递至关重要，这一过程由3种主要的SMC复合物——凝缩蛋白、挤压型黏连蛋白和黏连型黏连蛋白精密调控，它们负责捆绑和折叠DNA，确保染色体稳定分配。然而，这些复合物如何协同工作一直是个未解之谜。

细胞核及染色质结构图示。

为破解这一谜题，研究团队通过精巧的实验设计，利用基因编辑技术和可诱导蛋白降解技术，实现了对SMC复合物的精准时空调控，并在此基础上设计了8种不同的SMC复合物配置，结合Hi-C技术（用于检测染色质三维结构）、ChIP-seq技术（用于检测蛋白质与DNA的结合位点）以及计算机模拟，系统地分析了3种SMC复合物单独或协作时对染色质结构的影响。

细胞分裂动态过程。

研究发现：

1. SMC复合物的动态合作与竞争

• 凝缩蛋白能够显著减少挤压型黏连蛋白在染色体上的聚集，并间接影响黏连型黏连蛋白的稳定性。

• 黏连型黏连蛋白的稳定结合依赖于挤压型黏连蛋白的存在，类似于“树枝”与“鸟巢”的关系。

• 凝缩蛋白通过破坏挤压型黏连蛋白与CTCF（染色质结合因子）的结合，导致染色质环的快速解体，同时间接破坏黏连型黏连蛋白的分布。

染色体上的SMC复合物（左下：挤压型黏连蛋白，中间：凝缩蛋白，右下：黏连型黏连蛋白）。

2. 染色质环的调控机制

• 挤压型黏连蛋白通过环挤压机制形成染色质环，而黏连型黏连蛋白则通过限制环的扩张速度，起到“刹车片”的作用。

• 计算机模拟显示，挤压型黏连蛋白在遇到黏连型黏连蛋白时，会将其沿着染色单体“推”到前面，直到遇到CTCF蛋白为止。

3. 染色质结构的重塑

• 研究揭示了SMC复合物在细胞间期到有丝分裂转换过程中的动态变化，为理解基因组三维结构的重塑提供了分子机制。

3种SMC复合物的相互作用模式。

此项研究不仅揭示了SMC复合物在染色质折叠中的复杂调控机制，还为未来相关疾病的研究提供了重要的理论基础。例如，SMC复合物的功能异常与多种疾病（如癌症和发育障碍）密切相关，接下来，深圳湾实验室研究团队还将强强联手，深入研究凝缩蛋白和黏连蛋白的作用机制，寻找破解疾病谜团的钥匙。