染色质微环境调控mSWI/SNF重塑复合物活性

ATP依赖的染色质重塑（ATP-dependent chromatin remodeling）是细胞核内压缩、解压缩DNA的一种重要机制，从而使得染色质中的DNA保有参与复制、选择性基因表达、DNA损伤修复以及重组的功能。SWI/SNF家族复合物是真核生物重要的染色质重塑复合物，其亚基突变与人类多种疾病相关【1】。

SWI基因首先在筛选导致酵母交配型转换（Switch）的因子的研究中被发现，因此命名为SWI【2】。而SNF基因在筛选酵母营养转换时导致蔗糖发酵的因子的研究中被发现，故得名SNF（sucrose nonfermenting）【3】。遗传学研究发现组蛋白基因的突变可以回复因SWI和SNF基因突变所带来的表型，从而发现SWI和SNF实际上是调控染色质的。生化研究进一步发现这些SWI和SNF蛋白相互结合，作为一个复合物发挥作用【4】。BAF (Brg/Brahma-associated factors)复合物是在果蝇中发现的酵母SWI/SNF复合物的同源复合物【5】。哺乳动物SWI/SNF（mSWI/SNF）复合物因亚基组成不同，又进一步分为cBAF（canonical BAF）、PBAF（polybromo-associated BAF）和ncBAF（non-canonical BAF）（下图）。

这些复合物含有多个组蛋白识别结构域和序列非特异性的DNA结合结构域，因此可能在不同的染色质环境下发挥作用，但是目前对于特定染色质微环境对mSWI/SNF复合物结合及活性影响的了解还很少。因为基于ChIP-seq的实验不易捕捉重塑的动态过程，尤其是初始结合的染色质环境；而目前解析的mSWI/SNF-核小体复合物还很少，尤其是含有各种修饰、变体及突变组合成的核小体。

2021年07月16日，来自美国哈佛医学院的Cigall Kadoch团队和普林斯顿大学的Tom W. Muir团队合作在Science上发表了题为Chromatin landscape signals differentially dictate the activities of mSWI/SNF family complexes的工作，通过使用高通量化学生物学方法，明确了大量组蛋白转录后修饰、组蛋白变体、组蛋白突变以及它们的组合对3种mSWI/SNF复合物底物结合及活性的影响。

本研究主要基于团队前期建立的高通量核小体文库筛选鉴定方法【6】。研究者基于纯化的内源性cBAF、PBAF和ncBAF复合物以及各种组蛋白修饰、组蛋白变体及突变组合构成的核小体文库设计了两组高通量实验：第一组实验评估各种重塑复合物对特定核小体的重塑活性，通过限制性内切酶可及性实验（restriction enzyme accessibility assay, REAA）进行检测；第二组实验通过pulldown实验评估各种重塑复合物对特定核小体的结合能力。两组实验最终都通过高通量测序进行结果定量（下图）。

基于这项高通量检测技术，完成了超过13000次独立生化检测，研究者发现：1. 在特定染色质微环境下，不同mSWI/SNF复合物具有不同的结合能力和重塑活性；2. ncBAF与cBAF、PBAF复合物显著不同的染色质环境结合特点与其亚基组成和结构特征相关；3. cBAF复合物的不同亚基对于介导染色质环境对其活性的调节具有不同的直接作用。

本项研究表明：mSWI/SNF复合物能够响应染色质上的各种特征或信号，并且将其整合，进而表现出不同的结合和重塑活性，这种感知染色质微环境的能力来自于复合物各亚基的直接作用。一些特定的染色质表观修饰，不仅能够影响染色质重塑复合物的募集，而且还能影响它们的活性，以便形成更合适的染色质状态。

参考文献

[1] KADOCH C, CRABTREE G R. Mammalian SWI/SNF chromatin remodeling complexes and cancer: Mechanistic insights gained from human genomics [J]. Science advances, 2015, 1(5): e1500447.

[2] STERN M, JENSEN R, HERSKOWITZ I. Five SWI genes are required for expression of the HO gene in yeast [J]. Journal of molecular biology, 1984, 178(4): 853-68.

[3] NEIGEBORN L, CARLSON M. Genes affecting the regulation of SUC2 gene expression by glucose repression in Saccharomyces cerevisiae [J]. Genetics, 1984, 108(4): 845-58.

[4] PETERSON C L, HERSKOWITZ I. Characterization of the yeast SWI1, SWI2, and SWI3 genes, which encode a global activator of transcription [J]. Cell, 1992, 68(3): 573-83.

[5] TAMKUN J W, DEURING R, SCOTT M P, KISSINGER M, PATTATUCCI A M, KAUFMAN T C, KENNISON J A. brahma: a regulator of Drosophila homeotic genes structurally related to the yeast transcriptional activator SNF2/SWI2 [J]. Cell, 1992, 68(3): 561-72.

[6] DANN G P, LISZCZAK G P, BAGERT J D, MüLLER M M, NGUYEN U T T, WOJCIK F, BROWN Z Z, BOS J, PANCHENKO T, PIHL R, POLLOCK S B, DIEHL K L, ALLIS C D, MUIR T W. ISWI chromatin remodellers sense nucleosome modifications to determine substrate preference [J]. Nature, 2017, 548(7669): 607-11.

来源：BioArt植物