【科技前沿】专家点评丨分离只是为了再相聚——老的核小体如何在复制后重新装配

撰文 | 朱冰（中国科学院生物物理研究所）

真核生物染色质的基本单元是核小体。DNA在由一个组蛋白(H3-H4)2四聚体和两个H2A-H2B二聚体构成的组蛋白八聚体上绕1又3/4圈，形成了核小体结构。DNA复制过程中显然需要将DNA从组蛋白八聚体上剥离，但复制叉通过之后又需要让刚刚分离的DNA和组蛋白再次相聚，重新形成核小体结构。这一过程的完成一直是分子生物学领域的重要科学问题，因为核小体是表观遗传信息的载体，老核小体的重新回收对于表观遗传信息的继承精度有着重要的意义。这个问题可以被分解成若干个具体问题：1. 老核小体在复制后如何分配到两条姐妹染色单体？它们能否回到DNA上原先的位置？2. 老核小体中的组蛋白在复制后如何分配？它们会重新组合还是会待在一起？它们重新利用的基本单元是什么？3. 怎样的分子机制能够确保在复制偶联的核小体装配过程实现老核小体的重新利用？

关于第一个问题，领域中的共识是老核小体会基本平均分配到两条姐妹染色单体，且离原先的位置不远，但机制方面仍不完全清楚。

关于第二个问题，我课题组在十多年前发现复制过程中老核小体中的组蛋白(H3-H4)2四聚体基本不发生解离，但H2A-H2B会发生解离。所以老核小体重新利用的基本单元不会是组蛋白八聚体，但究竟是(H3-H4)2四聚体还是由一个(H3-H4)2四聚体和一个H2A-H2B二聚体构成的组蛋白六聚体呢？

关于第三个问题，目前知道的是MCM复合体中的MCM2能帮助老核小体中组蛋白H3和H4的重新利用，FACT复合体也参与复制偶联的核小体装配，但具体机制不明。

2024年3月7日在线发表的两篇研究论文回答了上述问题中尚未解决的部分。Science China Life Science杂志Letter栏目发表中国科学院生物物理研究所许瑞明课题组题为“Structure of a histone hexamer bound by the chaperone domains of SPT16 and MCM2”的文章，发布了人源的FACT复合物亚基SPT16, MCM2和组蛋白的复合体晶体结构。该结构表明，老核小体重新利用的单元应该是由一个(H3-H4)2四聚体和一个H2A-H2B二聚体构成的组蛋白六聚体。这有点出人意料，因为一旦DNA从组蛋白八聚体上剥离，在生理盐浓度条件下，H2A-H2B二聚体会从 (H3-H4)2四聚体上脱落。有趣的是，FACT复合体中的SPT16蛋白能够同时结合(H3-H4)2四聚体和一个H2A-H2B二聚体，而MCM2则在脱落了的那个H2A-H2B二聚体原先占据的位置上与(H3-H4)2四聚体结合，共同实现对这个组蛋白六聚体结构的稳定作用。去年，许瑞明与李国红、朱冰等多个课题组合作，在Science杂志发表了在复制过程中负责装配新核小体的CAF1复合体结构（详见BioArt报道：专家点评Science丨许瑞明/李国红/朱冰/刘超培揭示染色质组装因子CAF-1介导核小体装配的结构基础）。这两项工作互为补充，揭示了复制偶联的新老核小体装配机制。

中国科学院生物物理研究所甘松林博士和杨文思助理研究员为文章共同一作，许瑞明研究员为通讯作者。

同日，Nature杂志在线发表了香港大学翟元梁、北京大学高宁、李晴和康奈尔大学戴碧瓘课题组联合发表的题为“Parental histone transfer caught at the replication fork”的研究性论文（点击此处阅读），发布了酵母的复制体结构，在该结构中Spt16, Mcm2和组蛋白六聚体的复合体结构部分与许瑞明组的结构相吻合，表明这一机制从酵母到人都保守存在。除了与许瑞明组工作的相互印证，复制体结构的解析还回答了我在前文中提到的另外一个问题，为什么老核小体能够在复制后回到离原先位置不远的地方。因为负责老核小体解聚和重新利用的分子机器就是复制体的一部分，所以老核小体的组蛋白自然会在复制体滞留，并进一步呈递到刚刚复制过的DNA子链上与原先位置相近的地方。

北京大学生命科学学院李宁宁为文章一作，香港大学生物科学学院助理教授翟元梁、北京大学生命科学学院高宁教授、李晴教授和康奈尔大学戴碧瓘教授为共同通讯作者。

原文链接：

https://www.sciengine.com/SCLS/doi/10.1007/s11427-024-2560-8

https://doi.org/10.1038/s41586-024-07152-2

本文转载自公众号“BioArt”

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原标题：《【科技前沿】专家点评丨分离只是为了再相聚——老的核小体如何在复制后重新装配》

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