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。
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。
参考文献