細胞核內的染色質可分為常染色質(通常為活性區域)及異染色質(通常為非活性區域),二者分別聚合成被稱為A或B型區室(Compartment)的三維結構。在此框架下,染色質進一步形成拓撲結構域(Topologically associating domains, TADs)及染色質環(Chromatin loop)等更為精細的染色質高級結構,以調控基因組功能。近著絲粒異染色質(Pericentromeric Heterochromatin) 是最為典型的構成性異染色質,但是其維持的機制依然不甚明了。
近日,復旦大學代謝分子醫學教育部重點實驗室/基礎醫學院文波課題組通過高解析度成像、三維基因組學、生物化學及生物物理學等多學科手段,系統性地論證了核基質蛋白SAFB對染色質高級結構的調控作用。10月30日,研究成果以「The Nuclear Matrix Protein SAFB cooperates with Major Satellite RNAs to Stabilize Heterochromatin architecture Partially through Phase Separation」為題在線發表於《分子細胞學》(Molecular Cell,IF=14.54)。
研究者發現,SAFB在細胞核中圍繞近著絲粒異染色質分布,SAFB的缺失導致異染色質的解離;SAFB的作用機制是與MajSAT RNA形成複合物,共同促進相分離來維持異染色質的高級結構。此外,研究者還發現,SAFB的缺失導致基因組區室化程度減弱、非活性染色質區域中以TAD為單元發生染色質相互作用降低、染色質-核纖層相互作用降低等一系列3D基因組的變化。課題組在該文中論證了這些變化可能是近著絲粒異染色質部分解離後間接導致的後果。
異染色質的穩定性在生殖細胞生成、胚胎發育、幹細胞分化等重要生物學過程中發揮重要作用,其紊亂與腫瘤等疾病的發生密切相關。該研究揭示了核基質蛋白與重複序列來源的RNA共同維持異染色質穩定性進而維護基因組三維結構的新機制,對於闡釋染色質高級結構的調控機理及相關的生理、病理過程的分子機制均具有積極意義。
復旦大學基礎醫學院博士研究生霍香如為該文的第一作者,文波教授為該文的通訊作者,季魯章、張昱雯、呂品等同學也在這一研究中做出了重要貢獻。該研究還得到了復旦大學代謝與分子醫學教育部重點實驗室/基礎醫學院劉贇研究員課題組、代謝與整合生物學研究院張鋒教授課題組,中國科學院馬普計算生物學研究所魏剛研究員課題組的大力協助,以及復旦大學生物醫學研究院雷射共聚焦平臺、流式細胞分選平臺等技術平臺的支持。研究得到了科技部973計劃、重點研發計劃 及國家自然科學基金的資助。