研究發(fā)現(xiàn)基因組DNA 壓縮成染色體的機(jī)制

據(jù)Schneider MW 2022 年8 月3 日（Natures，2022 Aug 3.doi：10.1038/s41586-022-05027.）報(bào)道，奧地利科學(xué)院分子生物技術(shù)研究所的Gerlich DW 及其研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在人類細(xì)胞分裂時(shí)賦予染色體特殊的物理特性，使它們能夠忠實(shí)地傳遞給后代。 他們展示了一種化學(xué)修飾如何在染色體上建立一個(gè)尖銳的表面邊界，從而使它們能夠抵御紡錘體微管對(duì)染色體的穿孔。

通過涉及體外重組的純?nèi)旧|(zhì)的進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)，以及通過探測(cè)各種可溶性大分子的染色質(zhì)可及性，研究人員發(fā)現(xiàn)不混溶的染色質(zhì)形成了一個(gè)密集的負(fù)電荷結(jié)構(gòu)，從而將帶負(fù)電荷的大分子和微管排斥在外。

當(dāng)細(xì)胞分裂時(shí)， 它們需要準(zhǔn)確地將一個(gè)基因組拷貝運(yùn)送到兩個(gè)子細(xì)胞中的每一個(gè)。 忠實(shí)的基因組分離需要將極長的染色體DNA 分子包裝成離散的小體， 以便它們能被有絲分裂紡錘體——一種由成千上萬的微管組成的纖維系統(tǒng)——有效地移動(dòng)。 Gerlich DW 團(tuán)隊(duì)的這些新發(fā)現(xiàn)闡明了有絲分裂染色體如何抵御微管產(chǎn)生的持續(xù)推拉力。 在這個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)中，這些不同的物理特性是通過改變組蛋白乙酰化的水平賦予染色體的，組蛋白乙?；侨旧|(zhì)纖維內(nèi)的一種化學(xué)修飾。

之前的研究已表明，在分裂的細(xì)胞中，染色質(zhì)纖維被一種叫做凝縮蛋白（condensin）的大型蛋白復(fù)合物折疊成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。 然而，僅憑凝縮蛋白的作用并不能解釋為什么染色體看起來是具有尖銳表面的致密小體，而不是類似于洗瓶刷的松散結(jié)構(gòu)。 一些研究已表明組蛋白乙?；谡{(diào)節(jié)細(xì)胞分裂過程中的壓縮程度方面發(fā)揮了作用， 但組蛋白乙?；c凝縮蛋白的相互作用及其功能相關(guān)性仍不清楚。

研究人員改變了凝縮蛋白和組蛋白乙酰化的水平，以研究它們的精確影響。 移除凝縮蛋白破壞了分裂細(xì)胞中染色體的細(xì)長形狀，降低了它們對(duì)拉力的抵抗，但并不影響它們的壓縮程度。 將凝縮蛋白移除與增加組蛋白乙?；降奶幚硐嘟Y(jié)合在分裂細(xì)胞中引起了大規(guī)模的染色質(zhì)解壓縮，并使染色體被微管穿孔。

研究人員假設(shè)，染色質(zhì)在整個(gè)細(xì)胞周期的大部分時(shí)間（當(dāng)它相對(duì)高度乙?；瘯r(shí)）被組裝成一個(gè)膨脹的凝膠，而且當(dāng)這種乙?；饺嫦陆禃r(shí)，這種凝膠在細(xì)胞分裂過程中被壓縮成不溶性的形式。 研究人員隨后開發(fā)了一種檢測(cè)方法，通過將有絲分裂染色體分割成小片段來探測(cè)染色質(zhì)的可溶性。 有絲分裂染色體的這些片段形成液態(tài)染色質(zhì)的液滴，但是當(dāng)乙酰化水平提高時(shí)，這些染色質(zhì)片段就會(huì)溶解在細(xì)胞質(zhì)中。 這些觀察結(jié)果支持一種模型：有絲分裂期間染色質(zhì)乙?；娜鏈p少建立了一個(gè)具有尖銳相界的不混溶的染色質(zhì)凝膠，這就為抵抗微管穿孔提供了一個(gè)物理基礎(chǔ)。

通過涉及體外重組的純?nèi)旧|(zhì)的進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)，以及通過探測(cè)各種可溶性大分子的染色質(zhì)可及性，研究人員發(fā)現(xiàn)不混溶的染色質(zhì)形成了一個(gè)密集的負(fù)電荷結(jié)構(gòu)，從而將帶負(fù)電荷的大分子和微管排斥在外。 研究表明凝縮蛋白復(fù)合物引起的DNA 成環(huán)如何與染色質(zhì)相分離過程合作，以建立抵抗紡錘體施加的拉力和推力的有絲分裂染色體。 因此，細(xì)胞分裂過程中組蛋白去乙?；x予了染色體獨(dú)特的物理特性，這是染色體的忠實(shí)分離所需要的。