![]()
核小体是基因组的基本结构单位。在DNA复制和基因转录等过程中，核小体的构象会发生动态变化，包括DNA解包和重新包装，以及组蛋白的拆解和组装。然而，核小体在整个基因组中的包裹特性，包括区域特异性及其与高阶染色质组织的相关性，仍有待研究。
2025年1月3日，深圳湾实验室分子生理学研究所龙海珍及中山大学温增麒共同通讯在Nature communications 上在线发表题为“Nucleosome wrapping states encode principles of 3D genome organization”的研究论文。在这项研究中，使用 wrapping-seq 研究了整个基因组中核小体上 DNA 的包裹长度。
研究发现小鼠 ES 细胞的染色质形成 N核小体包裹域（NRD），这也可以在酵母和果蝇基因组中观察到。研究发现 DNA 复制后核小体包裹的程度降低，并通过转录促进。此外，研究观察到核小体包裹结构域描绘了Hi-C区室和复制时序结构域。总之，研究揭示了以前未被识别的染色质结构域化原理，由核小体包裹状态编码。
在真核生物中，基因组DNA与组蛋白包裹形成染色质。核小体是染色质的基本结构单位。核小体的第一个高分辨率（2.8Å）晶体结构由Luger等人确定。该结构显示，核小体核心颗粒包含147个碱基对的DNA，围绕组蛋白八聚体表面包裹约1.65圈。组蛋白八聚体内部以及组蛋白八聚体与DNA之间形成多种相互作用，从而形成稳定的复合物。核小体以逐步方式组装。H3-H4四聚体最初与DNA结合形成四聚体，然后可以添加一个H2A-H2B拷贝形成六聚体。或者，可以连续添加两个H2A-H2B拷贝以产生完整的核小体。因此，在DNA复制过程中，当核小体在复制叉前被拆卸，在复制叉后被重新组装时，可能存在包括DNA解包和八聚体解离在内的中间状态。作为一个大型复合物，核小体本质上是动态的。利用荧光共振能量转移（FRET），证明核小体上的DNA大约有2-10%的时间处于未包装状态。值得注意的是，在核小体阵列内的核小体中也观察到这种特性。此外，细胞内核小体的动力学在各种生物过程中受到调节。染色质重塑复合物能够利用ATP水解产生的能量调节核小体的结构。例如，核小体重塑复合物INO80可以破坏H2A和DNA之间的相互作用，导致核小体上大约15个碱基对的DNA打开。组蛋白伴侣复合物可以与组蛋白结合并调节核小体的组装或拆卸。在基因转录的背景下，RNA聚合酶可以诱导核小体上的DNA打开，导致形成解包的核小体。这个过程会产生中间状态，例如解封20个碱基对、50个碱基对、60个碱基对等的DNA。图1 核小体包裹状态编码 3D 基因组组织的原理（摘自Nature communications ）虽然在体外条件下观察到了各种核小体包裹状态，但细胞内真正的核小体包裹状态的特征仍然明显较少。通过使用ChIP-exo，Rhee等人发现组蛋白在酵母中的+1个核小体上不对称地耗尽，导致亚核小体的形成。另一种广泛使用的核小体状态图谱方法是MNase-seq，它直接测量受核小体保护的DNA片段的长度。Henikoff实验室最近的一项研究表明，与核小体相关的受保护短DNA片段可以指示亚核小体状态。在之前的研究中，研究者使用MNase-X-ChIP-seq来绘制小鼠ES细胞中的核小体包裹状态。研究发现H2A.Z核小体比经典核小体更松散，并且H2A的包裹状态。Z核小体与基因转录活性相关。由于那些绘制细胞内核小体状态的研究主要集中在分析+1个核小体的包裹状态上，因此研究目标是在这项研究中解决整个基因组中核小体包裹状态的特征。为此，研究采用了之前的MNase-X-ChIP-seq协议并利用MNase酶切割产生的DNA片段长度计算核小体包裹的定量指标，即NucleosomeWrappingScore（NRS）和NucleosomeWrappingIndex（NRI），即NRS的z分数转换。这两个指标用于表征一定基因组区间内核小体的平均包裹状态。为了将这种实验和分析工作流程与经典的MNase-seq区分开来，并强调核小体包裹状态的分析，研究将流程称为“wrapping-seq”。因此，H3-wrapping-seq和xMNase-wrapping-seq分别是指使用H3MNase-X-ChIP-seq数据和交联MNase-seq数据的核小体包裹分析。综上所述，研究揭示了小鼠ES细胞的基因组染色质形成N核小体包裹结构域（NRDs），包括紧密包裹的NRD（TiNRDs）和松散包裹的NRDs（LoNRDs）。NRD的形成在酵母和果蝇基因组中是保守的。TiNRD和LoNRDs分别与Hi-CA区室结构域和B区室结构域精确吻合。有趣的是，研究数据表明，与异染色质中的核小体（例如B区室）相比，常染色质染色质中的核小体（例如A区室）表现出更紧密的包裹。此外，研究表明转录增强了基因区域的核小体包裹。https://doi.org/10.1038/s41467-024-54735-8![]()
—END—
内容为【iNature】公众号原创，
转载请写明来源于【iNature】
微信加群
iNature汇集了4万名生命科学的研究人员及医生。我们组建了80个综合群（16个PI群及64个博士群），同时更具专业专门组建了相关专业群（植物，免疫，细胞，微生物，基因编辑，神经，化学，物理，心血管，肿瘤等群）。温馨提示：进群请备注一下（格式如学校+专业+姓名，如果是PI/教授，请注明是PI/教授，否则就直接默认为在读博士，谢谢）。可以先加小编微信号（love_iNature），或者是长按二维码，添加小编，之后再进相关的群，非诚勿扰。
![]()
![]()
投稿、合作、转载授权事宜
请联系微信ID：13701829856 或邮箱：iNature2020@163.com
觉得本文好看，请点这里！
