Molecular Cell：”复旦文波组发现异染色质稳定性维持的新机制

来源：BioArt

细胞核内的染色质可分为常染色质（通常为活性区域）及异染色质（通常为非活性区域），二者分别聚合成被称为A或B型区室（Compartment）的三维结构。在此框架下，染色质进一步形成拓扑结构域（Topologically associating domains, TADs）及染色质环（Chromatin loop）等更为精细的染色质高级结构，以调控基因组功能。多种分子共同参与调控染色质高级结构，如CTCF和Cohesin等结构蛋白对于TAD及染色质环的形成至关重要；然而，对于基因组区室形成的机制则所知较少。

近着丝粒异染色质（Pericentromeric Heterochromatin）是最为典型的构成性异染色质，其特征为富含卫星重复序列及H3K9me3、H4K20me3等组蛋白修饰。最近的研究发现H3K9me3的效应蛋白HP1介导及促进液-液相分离（LLPS）来驱动近着丝粒异染色质的形成（Molecular Cell | 李丕龙/李海涛合作报道组蛋白修饰通过促成相分离来调节染色质区室化的新机制）【1-3】。在小鼠细胞中，近着丝粒异染色质包含很多Major Satellite (MajSAT)重复序列。有趣的是，MajSAT能够进行一定水平的转录，其RNA产物对于H3K9me3甲基化转移酶的滞留起关键作用【4】。但是，RNA结合蛋白在异染色质形成及维持中的作用依然不甚明了。 

2019年10月30日，复旦大学代谢分子医学教育部重点实验室/基础医学院文波课题组在Molecular Cell上在线发表了题为：“The Nuclear Matrix Protein SAFB cooperates withMajor Satellite RNAs to Stabilize Heterochromatin architecture Partiallythrough Phase Separation”的研究论文。该研究通过高分辨率成像、三维基因组学、生物化学及生物物理学等多学科手段系统性的论证了核基质蛋白SAFB对染色质高级结构的调控作用。

研究者通过高分辨率免疫荧光结合Hi-C, Hi-ChIP等三维基因组学技术发现SAFB在细胞核中围绕近着丝粒异染色质分布，SAFB的缺失导致异染色质的解离。通过RIP-seq发现SAFB与MajSAT等重复序列转录的RNA相互作用。进而，作者通过loss-of-function、定点突变、FRAP、体外液滴形成等实验证明SAFB的作用机制是与MajSAT RNA形成复合物，共同促进相分离来维持异染色质的高级结构。

此外，研究者整合了Hi-C、DamID及电子显微镜等实验数据，发现SAFB的缺失导致基因组区室化程度减弱、非活性染色质区域中以TAD为单元发生染色质相互作用降低、染色质-核纤层相互作用降低等一系列3D基因组的变化。作者论证了这些变化可能是近着丝粒异染色质部分解离后间接导致的后果。

异染色质的稳定性在生殖细胞生成、胚胎发育、干细胞分化等重要生物学过程中发挥重要作用，其紊乱与肿瘤等疾病的发生密切相关。该研究揭示了核基质蛋白与重复序列来源的RNA共同维持异染色质稳定性进而维护基因组三维结构的新机制，对于阐释染色质高级结构的调控机理及相关的生理、病理过程的分子机制均具有积极意义。 

2018年初，文波实验室发现核基质蛋白SAF-A（hnrnpU）对于活性区域的染色质高级结构具有全局性调控作用【5】。该研究则揭示了SAFB对异染色质高级结构的调控功能及作用机制。这两项研究显示不同核基质蛋白在染色质高级结构调控中各有分工，值得进一步的深入研究。

据悉，复旦大学基础医学院博士生霍香如为该论文第一作者，季鲁章、张昱雯、吕品等同学也在这一研究中做出了重要贡献；文波教授为该研究论文的通讯作者。研究还得到了复旦大学刘贇研究组、张锋研究组，中科院马普计算所魏刚研究组的大力协助，以及复旦大学生物医学研究院激光共聚焦平台、流式细胞分选平台等技术平台的支持。

原文链接：

https://www.cell.com/molecular-cell/fulltext/S1097-2765(19)30761-0

参考文献

1. Larson, A.G., et al., Liquid droplet formation by HP1alphasuggests a role for phase separation in heterochromatin. Nature, 2017. 547(7662): p. 236-240.

2. Strom,A.R., et al., Phase separation drivesheterochromatin domain formation. Nature, 2017. 547(7662): p. 241-245.

3. Wang,L., et al., Histone ModificationsRegulate Chromatin Compartmentalization by Contributing to a Phase SeparationMechanism. Mol Cell, 2019.

4. Camacho,O.V., et al., Major satellite repeat RNA stabilizeheterochromatin retention of Suv39h enzymes by RNA-nucleosome association andRNA:DNA hybrid formation. Elife, 2017. 6.

5. Fan,H., et al., The nuclear matrix proteinHNRNPU maintains 3D genome architecture globally in mouse hepatocytes.Genome Res, 2018. 28(2): p. 192-202.