蛋白质设施用户揭示组蛋白分子伴侣OsChz1调控染色质结构的分子机制
时间 : 2020-11-23     

 20201111日,国家蛋白质科学研究(上海)设施用户复旦大学董爱武沈文辉团队合作在 Nature Communications发表了题为 OsChz1 acts as a histone chaperone in modulating chromatin organization and genome function in rice的研究论文,揭示了水稻组蛋白分子伴侣OsChz1调控染色质结构与基因表达的分子机制。  

染色质是真核生物承载遗传和表观遗传信息的载体,核小体是染色质的基本结构和功能单位,由145-147bpDNA双链以左手螺旋环绕核心组蛋白八聚体构成。真核生物DNA复制、转录与修复一直伴随着核小体的组装/去组装过程,该过程需要依赖组蛋白分子伴侣的帮助。已有的研究发现,酵母Chz1是组蛋白变体 H2A.Z特异的组蛋白分子伴侣,系统进化树分析显示在酵母、真菌、植物及动物中都存在Chz1同源蛋白,但目前对Chz1蛋白的功能研究仅在酵母中被报道。 

为了解析高等生物Chz1同源蛋白的功能,董爱武和沈文辉团队对水稻OsChz1进行了比较深入的研究。通过体外结合实验,发现OsChz1既能结合常规组蛋白 H2A-H2B也能结合组蛋白变体H2A.Z-H2B,而且OsChz1C端(OsChz1-C)更偏爱结合H2A-H2BOsChz1-H2A-H2B复合物晶体结构显示:H2A-H2B参与结合 OsChz1 的位点在H2AH2A.Z中都很保守,而且主要的结合位点位于H2B。为了研究OsChz1的生物学功能,通过基因敲除获得了多个水稻 oschz1 突变体,发现 OsChz1 的缺失会导致水稻多种生长发育缺陷。MNase-seqChIP-seq分析发现,突变体 oschz1 与野生型相比,核小体密度在基因组范围内整体下降,组蛋白变体H2A.Z的分布也明显下降,表明OsChz1可能同时参与DNA复制依赖型和非DNA复制依赖型两种核小体组装过程。MNase-seq/ChIP-seq结合RNA-seq分析发现,核小体密度和H2A.Z的富集水平与基因表达呈负相关关系。另外,ChIP-seq分析还发现OsChz1蛋白在基因组的分布与H2A.Z及转录抑制标记H3K27me3H3K4me2一致,与转录激活标记H3K4me3H3K36me3不同。 

综上所述,该研究证明水稻OsChz1作为H2A-H2B和 H2A.Z-H2B共同的分子伴侣,通过调控核小体的密度及组蛋白变体H2A.Z的分布,动态调控高等真核生物的染色质结构,进而调控其发育过程。

国家蛋白质科学研究(上海)设施BL18U1线站及BL19U1线站,上海光源BL17U1线站工作人员为其X射线晶体学衍射数据收集提供了及时有效的支持。

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a. OsChz1缺失导致水稻多种生长发育缺陷;b. OsChz1-H2A-H2B复合物的晶体结构c. OsChz1缺失导致全基因组范围核小体密度的下降;d. OsChz1缺失导致全基因组范围H2A.Z的富集水平下降 


     (蛋白质上海设施提供)