在真核细胞中，基因组被组蛋白包装成染色质，提供了一个结构平台，用于包括DNA复制、转录和损伤修复等所有基因组过程。染色质的动态状态严格调节真核DNA的可及性。虽然传统组蛋白（H2A、H2B、H3和H4）在S期与DNA复制紧密相关，但某些组蛋白变体的合成和染色质整合则与DNA复制无关。这些组蛋白变体可以在特定的基因组位置取代其传统的对应物，从而通过直接改变核小体的物理性质和动态，或通过招募额外的因子来修饰染色质，表现出不同的表观遗传状态。
macroH2A是H2A变体中最大的一个，在脊椎动物中高度保守并广泛存在。该变体已被发现富集于异染色质中，如女性哺乳动物细胞中的不活跃X染色体和衰老相关的异染色质焦点。尽管macroH2A被认为是转录失活染色质的标志，但它在染色质结构和基因转录过程中的具体作用仍然不明确。
FACT（Facilitates Chromatin Transcription）是一个高度保守的组蛋白伴侣复合物，在真核生物中广泛存在，且对于细胞生存至关重要。FACT在DNA和RNA聚合酶的进程中起到促进作用，同时保持染色质的完整性。然而，FACT的功能如何受到不同组蛋白变体的调控，特别是macroH2A的直接影响，仍然有待进一步研究。
近日，首都医科大学基础医学院陈萍团队与中国科学院生物物理研究所李伟团队合作，在Molecular Cell上发表题为FACT Mediates the Depletion of macroH2A1.2 to Expedite Gene Transcription的研究论文，该研究在核小体水平上为macroH2A和FACT之间复杂的相互作用提供了机制见解，并阐明了它们在巨噬细胞转录调控和免疫反应中的共同作用。
文章要点
1）macroH2A1.2不影响核小体的稳定性和折叠动力学：通过单分子磁镊实验，该研究发现human macroH2A1.2的整合并不影响核小体的机械稳定性或折叠动力学。然而，macroH2A1.2显著阻碍了FACT在核小体层次的维持功能。
图1 MacroH2A1.2不影响核小体的稳定性和折叠动力学，但阻断FACT在核小体维持中的功能
2）FACT介导macroH2A1.2的耗竭：FACT能够有效降低macroH2A1.2-核小体的稳定性，并在初次解折后迅速耗竭这些核小体。进一步研究表明，macroH2A1.2中的S139残基是调控FACT在核小体维持功能中作用的关键开关。
图2 MacroH2AS139A逆转巨噬细胞中macroh2a核小体的FACT依赖性耗竭
3）S139突变对转录和细胞反应的影响：通过基因组范围内的分析，研究发现FACT介导的macroH2A耗竭允许macroH2A在基因组中正确定位，而S139突变会改变macroH2A的分布，影响巨噬细胞中的刺激诱导转录和细胞反应。
4）macroH2A1.2对巨噬细胞免疫反应的调控：研究表明，macroH2A1.2通过调节FACT的功能，进而影响巨噬细胞的免疫反应。macroH2A的耗竭对于刺激诱导的巨噬细胞转录和细胞反应的适当调控至关重要。
图3 FACT介导的macroH2A核小体缺失调节刺激诱导的巨噬细胞转录和细胞反应
该研究揭示了macroH2A与FACT在核小体层次的复杂相互作用，并阐明了它们在巨噬细胞转录调控和免疫反应中的集体作用。macroH2A1.2虽然不影响核小体的机械稳定性，但通过阻碍FACT的维持功能，在转录过程中起到了重要的调节作用。S139残基的关键作用进一步表明了macroH2A如何通过调控FACT的功能来影响基因表达。
Ji, Dengyu et al. “FACT mediates the depletion of macroH2A1.2 to expedite gene transcription.” Molecular cell, S1097-2765(24)00587-2. 1 Aug. 2024, doi:10.1016/j.molcel.2024.07.011
