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【科研进展】实验室赫圣博教授课题组揭示组蛋白H1通过相分离机制驱动异染色质浓缩

2024-03-04
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近日,实验室赫圣博教授在The Plant Cell在线发表了题为“Linker histone H1 drives heterochromatin condensation via phase separation in Arabidopsis”的研究论文。文章报道了组蛋白H1通过相分离机制驱动植物异染色质浓缩。

高等植物的染色质可大体上分为常染色质和异染色质。体细胞的常染色质富含基因,松散分布于细胞核内,为转录活跃区;而异染色质富含转座子,发生高度浓缩,为转录非活跃区,分布于细胞核的边缘。作者前期的工作揭示了精子常染色质浓缩的相分离机制(2022 Nature),而异染色质如何发生浓缩仍然未知。

转座子通常处于非活性状态,其一旦激活发生跳跃,将破坏基因组稳定性。异染色质富含转座子,发生高度浓缩,在显微镜下呈现出清晰可见的浓缩结构,命名为异染色质浓缩斑(heterochromatin foci, HF)。植物利用多种表观遗传机制浓缩异染色质,抑制转座子激活。这些表观机制包括DNA甲基化、组蛋白修饰H3K9me2、异染色质浓缩因子(如ADCP1, MORC, H2A.W, H1)等。作者前期的研究显示组蛋白H1对异染色质浓缩至关重要(2019 eLife),然而,H1如何浓缩异染色质以及这种浓缩作用对H1的调控功能是否重要仍需研究。

作者利用Hi-C、体外相分离、遗传学、MNase-seq、Bisulfite-seq等手段显示了H1突变对染色质高级结构的影响,并证明了H1与染色质发生gel-like相分离,从而浓缩异染色质。H1的C端IDR对H1相分离至关重要,是H1相分离的主要驱动力。有意思的是,一个截短体仅包含C-IDR和一小段globular domain即可发生相分离,其表型表现为部分回补突变体在核小体组织和DNA甲基化,说明C-IDR介导的相分离和染色质浓缩对H1的染色质调控功能至关重要。作者进一步探索了细菌的H1-like protein (缺乏globular domain)是否能够发生相分离,结果的确显示了细菌的H1-like protein可以发生相分离浓缩染色质。这些结果表明H1和H1-like protein相分离是一种古老的染色质浓缩机制。