于洪涛Science：用单分子成像证实粘连蛋白有DNA环挤压功能

先知报道

2019-12-04

真核生物基因组极具复杂性。如何将宏观尺寸的基因组DNA包装入微米级的细胞核中是生命科学的基本问题之一。粘连蛋白是一个染色体结合的多亚基ATP酶复合物。粘连蛋白在加载到染色体上后，产生染色体环以调节染色体功能。有人提出粘连蛋白通过环挤压来组织基因组，但缺乏直接证据。近日，美国得克萨斯大学西南医学中心于洪涛教授课题组与得克萨斯大学奥斯汀分校的Ilya J. Finkelstein教授课题组合作，利用单分子成像技术在体外实时观测到重组的人源粘连蛋白-NIPBL复合物可以压缩裸露的以及核小体结合的DNA，并证明粘连蛋白-NIPBL复合物通过ATP驱动的环挤压方式来压缩DNA。研究人员使用单分子成像发现重组人黏连蛋白-NIPBL复合物通过挤压DNA环来压实裸露的和核小体结合的DNA。黏连蛋白压缩DNA需要ATP水解，并且是力敏感的。这种压缩过程以每秒0.5千碱基的平均速率工作于数十千碱基上。双链DNA的压缩表明黏连蛋白二聚体双向挤压DNA环。这些结果表明，黏连蛋白-NIPBL是能够进行环挤出的ATP驱动分子机器。考虑到粘连蛋白的重要生物学功能，这项研究为进一步深入理解真核基因组结构和基因转录调控机制奠定了基础，也为相关疾病发生机理的阐明提供了理论依据。

Yoori Kim, Zhubing Shi, Hongshan Zhang, et al. Human cohesin compacts DNA by loop extrusion. Science, 2019.

DOI: 10.1126/science.aaz4475

https://science.sciencemag.org/content/early/2019/11/25/science.aaz4475