DNA复制中核小体装配方式

2010年4月2日，北京生命科学研究所(NIBS)朱冰实验室在science杂志发表文章，报导了DNA复制过程中核小体装配的方式。   
                                 
                                                                核小体装配

真核生物DNA与包括组蛋白在内的多种蛋白质组装成为染色质，染色质的结构给基因功能提供了遗传信息之外的另一层次的调控方式。核小体是染色质的基础结构单元，它由DNA与组蛋白八聚体包装而成，其中H3-H4构成组蛋白核心四聚体。组蛋白H3-H4携带的一系列稳定修饰被认为可在有丝分裂细胞周期中得到继承，起到表观遗传信息的作用，但是这些修饰的继承方式尚有待研究。想要发掘组蛋白修饰的继承机理，就必须首先澄清DNA复制过程中核小体结构的分配模式。

NIBS朱冰实验室与蛋白质中心合作，利用基于稳定同位素标记的定量质谱技术对DNA复制之后“新”、“旧”组蛋白的分配进行研究。作者以可诱导表达融合FLAG标签的组蛋白H3.1和H3.3的哺乳动物细胞系作为模式体系开展实验。在本项工作中，作者们发现H3.1-H4组成的核心四聚体在DNA复制过程中保持完整。此结果暗示，新的组蛋白H3.1-H4可能以相邻核小体的已有修饰为模板，重新建立其修饰模式。作者们还首次发现由组蛋白变体H3.3组成的H3-H4四聚体会发生相当量的“新”、“旧”重组。这种重组的生物学意义值得进一步探究。

NIBS博士生徐墨与技术员龙承祖为本文的共同第一作者，其他作者还有研究生陈秀珍和黄畅。朱冰博士和陈涉博士为文章的共同通讯作者。此项研究由科技部863计划和北京市科委资助，在北京生命科学研究所完成。

论文"Partition of histone H3/H4 tetramers during DNA replication dependent chromatin assembly "引起关注，science配发了Geneviève Almouzni博士题名为"Mixing or not mixing”的文章,对此项工作进行了评论与展望。评论指出“尽管早期研究认为，组蛋白H2A-H2B可以在核小体之间交换而H3-H4四聚体保持稳定，但是近年关于新合成的H3-H4以二聚体形式与histone chaperone组装的发现重新激起了争论”，作者们的研究工作“确凿了关于旧的组蛋白H3-H4四聚体保持稳定的早期研究”，同时还发现“组蛋白变体H3.3与H4形成的四聚体在细胞周期中可以发生分裂”。该评论认为“下一步的挑战在于，探究这些核小体重组模式是如何与组蛋白修饰的继承方式相关联的”以及“细胞是如何做出重组与否的选择，而这种选择是否在细胞生命和个体发育过程中被调控”。

原文链接


Partitioning of Histone H3-H4 Tetramers During DNA Replication–Dependent Chromatin Assembly
Mo Xu,1,2~undefined Chengzu Long,2~undefined Xiuzhen Chen,3,2 Chang Huang,4,2 She Chen,2, Bing Zhu2,

Semiconservative DNA replication ensures the faithful duplication of genetic information during cell divisions. However, how epigenetic information carried by histone modifications propagates through mitotic divisions remains elusive. To address this question, the DNA replication–dependent nucleosome partition pattern must be clarified. Here, we report significant amounts of H3.3-H4 tetramers split in vivo, whereas most H3.1-H4 tetramers remained intact. Inhibiting DNA replication–dependent deposition greatly reduced the level of splitting events, which suggests that (i) the replication-independent H3.3 deposition pathway proceeds largely by cooperatively incorporating two new H3.3-H4 dimers and (ii) the majority of splitting events occurred during replication-dependent deposition. Our results support the idea that "silent" histone modifications within large heterochromatic regions are maintained by copying modifications from neighboring preexisting histones without the need for H3-H4 splitting events.

1 .Graduate Program, Peking Union Medical College and Chinese Academy of Medical Sciences, Beijing 100730, People’s Republic of China.
2 .National Institute of Biological Sciences, 7 Science Park Road, Zhong Guan Cun Life Science Park, Beijing 102206, People’s Republic of China.
3 .Life Science College, Beijing Normal University, Beijing 100875, People’s Republic of China.
4 .Department of Biochemistry, College of Biological Sciences, China Agricultural University, Beijing 100094, People’s Republic of China.