中國科大在染色質重塑SWI／SNF與INO80復合體結構研究獲進展

中國科學技術大學教授蔡剛課題組利用冷凍電鏡技術，解析了染色質重塑SWI/SNF與INO80復合體及其不同核小體結合狀態復合物的三維結構，揭示了SWI/SNF與INO80復合體共有的肌動蛋白(Actin)和核肌動蛋白相關蛋白(Arps)組成的Actin/Arp模塊作為構象調控的分子開關，調控核小體結合及可能調節重塑核小體活性的分子機制，相關研究成果近日分別在國際雜志Protein & Cell 和Journal of Molecular Cell Biology 上發表。

　　染色質結構調控對于真核生物的基因轉錄、細胞周期發展、DNA復制、重組和損傷修復具有至關重要的意義。催化染色質結構改變的酶，包括組蛋白修飾（乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化以及類泛素化等）和染色質重塑（ATP依賴性的DNA移位酶），通常組裝成多亞基的復合體來發揮功能。多個組蛋白修飾和染色質重塑復合體，都含有肌動蛋白(Actin)和肌動蛋白相關蛋白(Arps) 組成的Actin/Arp模塊，如SWI/SNF（高等生物中的BAF）、INO80、SWR1和NuA4/TIP60等。目前對這些復雜復合體各個亞基在復合體中的定位及其在復合體組裝和穩定中的貢獻，以及如何重塑核小體結構的分子機制知之甚少。

　　蔡剛課題組針對這些難題展開攻堅。經過大量系統嘗試，克服了重重困難，分別獲得了SWI/SNF與INO80復合體完整復合體的高質量生化制備和冷凍電鏡三維結構，但是分辨率受限于染色質重塑復合體顯著的結構柔性，無法從結構上鑒定各個亞基的空間位置和相互作用。蔡剛研究組采取“庖丁解牛”的研究策略，通過細致比較完整復合體及其各個亞基缺失突變體的精細三維結構，首次闡明了SWI/SNF和INO80復合體的亞基組織架構和亞基間的相互作用，建立了各個亞基的生物學功能和復合體組裝和功能調控的直接聯系。

　　此外，蔡剛課題組解析了SWI/SNF催化核心亞復合體和INO80 Actin/Arp模塊及其結合核小體底物的不同重塑狀態的精細三維結構，發現SWI/SNF和INO80復合體共有的Actin/Arp模塊首先結合核小體，通過Actin/Arp模塊顯著的構象變化，幫助核小體加載到催化核心的ATPase結構域。高度柔性的Actin/Arp模塊不僅構成了染色質重塑復合體結合核小體的構象開關，而且有可能通過直接調節ATPase結構域的構象，調控著SWI/SNF和INO80染色質重塑的活性。

　　該成果對揭示染色質重塑復合體重塑核小體結構的分子機制，理解基因表達及其調控的分子機制，細胞增殖、發育及分化的機理具有重大意義。

　　蔡剛實驗室博士研究生張智慧和張旋分別是兩篇論文的第一作者，蔡剛和研究員王雪娟為共同通訊作者。該項工作得到基金委、科技部和合肥微尺度物質科學國家研究中心的資助，并得到中科院生物物理研究所生物成像中心的儀器和技術支持。

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