Cell Res | 中科院朱平团队揭示连接组蛋白H5在染色质纤维组装和基因调控中的结构基础

文摘   2024-09-08 18:06   广东  

染色质纤维的层级结构在基因调控中发挥关键作用。30-nm染色质纤维作为连接核小体阵列到更高阶组织的中心结构,其动态变化在DNA相关的生物过程中至关重要。连接组蛋白H1/H5在染色质压缩中扮演基础角色,但其结合模式和促进染色质纤维折叠的机制存在争议。


2024年8月5日,中科院朱平团队发表在Cell Research上发表题为Structural basis for linker histone H5-nucleosome binding and chromatin fiber compaction的文章,研究通过高分辨率冷冻电镜技术揭示了连接组蛋白H5结合的染色质纤维的三维结构,阐明了H5在染色质压缩和基因调控中的作用机制。



文章要点

1)H5连接组蛋白与染色质纤维的结合模式:H5以非对称的三接触模式与染色质纤维中的核小体核心结合,具体表现为H5的N末端、球状结构域(GD)和C末端分别与进入/退出连接DNA及核小体核心DNA相互作用。


2)核小体之间的相互作用:H5染色质纤维中的核小体通过H2A-H2B相互作用桥和H5-H5自我关联形成稳定的四核小体单元。研究发现,染色质纤维的折叠与核小体-核小体和H5-H5之间的相互作用密切相关,这些相互作用在染色质纤维结构中起到关键作用。

 

图1 核小体间相互作用


3)酵母中组蛋白突变对细胞生长和基因转录的影响:通过点突变实验,测试了不同组蛋白H2A和H2B突变体对细胞生长的影响。这些突变破坏了四核小体单元的稳定性,进而影响了染色质的结构和功能。

 

图2 酵母中组蛋白突变对细胞生长和基因转录的影响


4)H5连接组蛋白的全长结构:研究解析了完整的H5连接组蛋白结构,并发现其C末端结构域形成类似HMG盒的三螺旋结构,与连接DNA紧密结合。这一发现为理解H5在染色质压缩中的作用提供了新的视角。


5)染色质纤维的极性:研究揭示了H2B N末端尾部和H2A C末端尾部的非对称构象及其在染色质纤维中的排列模式,这种非对称性赋予了染色质纤维极性,并可能在基因表达的极性读取过程中发挥重要作用。


6)染色质纤维的组装模型:研究提出了染色质纤维的组装模型,说明了在连接组蛋白H1/H5的存在下,核小体阵列如何从开放状态折叠成双股平行的染色质纤维。


小结

该研究通过冷冻电子显微镜技术,首次高分辨率解析了连接组蛋白H5与染色质纤维的结合结构,揭示了染色质纤维的分子机制。研究结果深化了对染色质结构在基因调控中作用的理解,特别是H5连接组蛋白在染色质纤维压缩和基因表达调控中的双重作用。

这一发现不仅拓展了染色质研究的前沿,还为未来开发靶向染色质结构的基因调控药物提供了新的理论依据。此外,研究提出的染色质纤维极性模型,为理解染色质如何在空间上实现基因表达的调控提供了重要的结构基础。

参考文献


Li W, Hu J, Song F, et al. Structural basis for linker histone H5-nucleosome binding and chromatin fiber compaction. Cell Res. 2024 Aug 5.
https://doi.org/10.1038/s41422-024-01009-z.

撰文丨Little Finger
制版丨Yilia


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