董爱武和沈文辉团队合作揭示组蛋白分子伴侣OsChz1调控染色质结构的分子机制!

来源：植物科学最前沿

染色质是真核生物承载遗传和表观遗传信息的载体，核小体是染色质的基本结构和功能单位，由145-147bp的DNA双链以左手螺旋环绕核心组蛋白八聚体构成。真核生物DNA复制、转录与修复一直伴随着核小体的组装/去组装过程，该过程需要依赖组蛋白分子伴侣的帮助。已有的研究发现酵母Chz1是组蛋白变体 H2A.Z特异的组蛋白分子伴侣，系统进化树分析显示在酵母、真菌、植物及动物中都存在Chz1同源蛋白，但目前对Chz1蛋白的功能研究仅在酵母中被报道。2020年11月11日，董爱武和沈文辉团队于《自然通讯》(Nature Communications)，在线发表题为“OsChz1 acts as a histone chaperone in modulatingchromatin organization and genome function in rice”的研究论文，揭示了水稻组蛋白分子伴侣OsChz1调控染色质结构与基因表达的分子机制。 为了解析高等生物Chz1同源蛋白的功能，董爱武和沈文辉团队对水稻OsChz1进行了比较深入的研究。通过体外结合实验，发现OsChz1既能结合常规组蛋白 H2A-H2B也能结合组蛋白变体H2A.Z-H2B，而且OsChz1的C端（OsChz1-C）更偏爱结合H2A-H2B。OsChz1-H2A-H2B复合物晶体结构显示：H2A-H2B参与结合 OsChz1 的位点在H2A和H2A.Z中都很保守，而且主要的结合位点位于H2B。为了研究OsChz1的生物学功能，通过基因敲除获得了多个水稻oschz1突变体，发现OsChz1的缺失会导致水稻多种生长发育缺陷。MNase-seq和ChIP-seq分析发现:突变体oschz1与野生型相比，核小体密度在基因组范围内整体下降，组蛋白变体H2A.Z的分布也明显下降，表明OsChz1可能同时参与DNA复制依赖型和非DNA复制依赖型两种核小体组装过程。MNase-seq/ChIP-seq结合RNA-seq分析发现，核小体密度和H2A.Z的富集水平与基因表达呈负相关关系。另外，ChIP-seq分析还发现OsChz1蛋白在基因组的分布与H2A.Z及转录抑制标记H3K27me3和H3K4me2一致，与转录激活标记H3K4me3和H3K36me3不同。综上所述，该研究证明水稻OsChz1作为H2A-H2B和 H2A.Z-H2B共同的分子伴侣，通过调控核小体的密度及组蛋白变体H2A.Z的分布，动态调控高等真核生物的染色质结构，进而调控其发育过程。a. OsChz1缺失导致水稻多种生长发育缺陷；b. OsChz1-H2A-H2B复合物的晶体结构；c. OsChz1缺失导致全基因组范围核小体密度的下降；d. OsChz1缺失导致全基因组范围H2A.Z的富集水平下降董爱武和沈文辉团队的博士研究生杜康兮、罗强和尹刘翻为本文的共同第一作者，董爱武教授与沈文辉教授为共同通讯作者，晶体结构分析由甘建华教授指导。