细胞内DNA的总长度在2-3米之间。为了适应细胞核内的狭小空间,DNA缠绕在组蛋白的周围形成核小体。染色质就是由一连串的核小体所组成。在表达特定基因时,细胞要接触到染色质内受保护的DNA。这意味着必须打开染色质结构,暴露潜在的目标基因。
这个过程被称为染色质重塑(chromatin remodeling),它调节基因表达并涉及到众多参与者。阐明这一关键步骤,有助于基因工程工具的发展。如今,瑞士洛桑联邦理工大学的研究人员结合生物学和物理学方法,在单分子水平上揭开了染色质开放过程的第一步。这项成果发表在《Molecular Cell》杂志上。
他们的研究聚焦在一组“先锋转录因子(pioneer transcription factors,pTF)”上。这些蛋白质与染色质内的特定DNA区域结合,启动染色质重塑并控制下游因子的招募,但这些区域本身被其他蛋白所掩盖。那么,先锋转录因子是如何玩转染色质迷宫的呢?
Rap1接触染色质的示意图
洛桑联邦理工大学的Beat Fierz实验室以酵母为对象,利用单分子荧光技术开展研究。他们研究了一种称为Rap1的酵母先锋转录因子,并发现它可以编排染色质重塑过程,从而使特定的DNA区域暴露出来。
在此过程中,研究人员利用模拟酵母启动子结构的重组染色质系统,证明了Rap1能够与染色质纤维内的核小体DNA相结合,不过与裸露的DNA相比,停留时间更短。
之后,他们表明Rap1结合通过抑制核小体之间的接触而打开了染色质纤维结构。最后,Rap1与染色质重塑复合物(RSC)合作取代启动子核小体,让新暴露出的DNA能够被其他参与基因表达调控的蛋白质所使用。
通过揭示Rap1如何接触染色质并打开它的物理化学机制,洛桑联邦理工大学的研究为其他先驱转录因子提出了生物学模型,也提供了在单分子水平上研究它们的工具
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