中大新聞網(wǎng)訊（通訊員李陳龍）Switch defective/sucrose non-fermentable（SWI/SNF）復(fù)合體是一個(gè)進(jìn)化上保守的由多亞基組成的ATP依賴(lài)性染色質(zhì)重塑復(fù)合體。它通過(guò)ATP水解提供能量重塑染色質(zhì)結(jié)構(gòu), 從而對(duì)基因轉(zhuǎn)錄進(jìn)行調(diào)控。植物SWI/SNF亞基在細(xì)胞分化、發(fā)育和對(duì)各種環(huán)境信號(hào)的反應(yīng)中起著關(guān)鍵作用，它們的突變導(dǎo)致葉片發(fā)育、根干細(xì)胞維持、花形態(tài)形成、胚胎發(fā)育以及營(yíng)養(yǎng)體到成體階段的轉(zhuǎn)變等方面的嚴(yán)重缺陷。然而，這些亞基的突變?nèi)绾胃淖冎参颯WI/SNF復(fù)合體在染色質(zhì)上的功能并導(dǎo)致發(fā)育受損和對(duì)環(huán)境刺激響應(yīng)缺陷的分子機(jī)制仍然未知。此外，植物的SWI/SNF亞復(fù)合體的活性和基因組靶向是否以及如何相互協(xié)調(diào)以調(diào)節(jié)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和基因表達(dá)也知之甚少。最后，植物SWI/SNF亞復(fù)合體的組裝的過(guò)程及機(jī)制也完全不清楚，同樣也阻礙了對(duì)植物SWI/SNF復(fù)合體功能的理解和認(rèn)識(shí)。
近日，中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院李陳龍課題組分離及鑒定了植物SWI/SNF亞復(fù)合體、解析了它們的靶基因結(jié)合異同及相互調(diào)控機(jī)制、初步探索了它們的亞基組裝過(guò)程及機(jī)制。
為了表征三種不同的植物SWI/SNF復(fù)合體并確定其亞基組成的差異是否會(huì)導(dǎo)致不同的基因組靶向，該研究通過(guò)染色質(zhì)免疫沉淀結(jié)合高通量測(cè)序（ChIP-seq），繪制了SAS、MAS和BAS亞復(fù)合體的全基因組靶基因圖譜。發(fā)現(xiàn)三種植物SWI/SNF亞復(fù)合體在染色質(zhì)上既有重疊也有特異性的基因組靶向性，另外三種SWI/SNF亞復(fù)合體在靶基因上的結(jié)合位置也存在差異。同時(shí)該研究也發(fā)現(xiàn)SAS亞復(fù)合體的突變會(huì)導(dǎo)致BAS亞復(fù)合體的結(jié)合往上游啟動(dòng)子區(qū)域偏移，揭示了BAS亞復(fù)合體的基因組定位依賴(lài)于SAS亞復(fù)合體；另外，BAS亞復(fù)合體的突變會(huì)導(dǎo)致SAS亞復(fù)合體在它們共靶基因上的結(jié)合強(qiáng)度下降（圖1）。
同時(shí)，該研究通過(guò)研究SAS亞復(fù)合體的組裝情況，證明了SAS亞復(fù)合體核心模塊亞基SWI3D在SAS亞復(fù)合體穩(wěn)定中的關(guān)鍵作用（圖2）。SWI3D丟失使SAS復(fù)合體解體，同時(shí)會(huì)破壞SYD在靶基因上的結(jié)合；另一方面，刪除SWI3D 的SANT結(jié)構(gòu)域會(huì)破壞SWI3D-SYD之間的相互作用從而導(dǎo)致SWI3D蛋白質(zhì)豐度的降低. 因此，推測(cè)可能與哺乳動(dòng)物SWI/SNF復(fù)合體組裝不一致，植物中的ATP酶催化亞基可能穩(wěn)定核心模塊的組裝。為了驗(yàn)證這種可能性，將syd-5突變體引入SWI3D-GFP轉(zhuǎn)基因植株中。令人驚訝的是，發(fā)現(xiàn)在缺少SYD催化亞基的情況下，SWI3D-GFP蛋白水平顯著降低，這表明SAS亞復(fù)合體中的ATP酶對(duì)核心模塊的穩(wěn)定起著至關(guān)重要的作用（圖3）。
綜上所述，該研究系統(tǒng)研究了三種不同的擬南芥SWI/SNF亞復(fù)合體（SAS、MAS和BAS）的靶基因結(jié)合機(jī)制并初步探索了它們的組裝機(jī)制。通過(guò)全面比較三個(gè)亞復(fù)合體的染色質(zhì)結(jié)合圖譜，發(fā)現(xiàn)SAS、MAS和BAS亞復(fù)合體在靶基因上顯示出不同的靶基因結(jié)合模式，并定位于具有不同組蛋白修飾的染色質(zhì)以及可能具有潛在的復(fù)合體特異功能。此外，SAS亞復(fù)合體與BAS亞復(fù)合體在靶基因結(jié)合上相互調(diào)控，為理解不同SWI/SNF亞復(fù)合體的基因組靶向如何協(xié)調(diào)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)控提供了新的見(jiàn)解。最后，該工作發(fā)現(xiàn)SAS的核心模塊和ATP酶模塊在它們的組裝中相互依賴(lài)，共同維持植物復(fù)合體的完整性?？傊?，這些發(fā)現(xiàn)證明了SWI/SNF染色質(zhì)重塑復(fù)合體在真核生物進(jìn)化過(guò)程中的差異性，并為全面理解植物SWI/SNF復(fù)合體的組裝、基因組靶向和功能奠定了基礎(chǔ)。
近日，該研究以“Organization, genomic targeting, and assembly of three distinct SWI/SNF chromatin remodeling complexes in Arabidopsis”為題在The Plant Cell發(fā)表。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金，博士后創(chuàng)新人才支持計(jì)劃以及廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究聯(lián)合基金的資助。
