新研究揭示了DNA包裝成hexasomes如何影響參與基因調控的酶的功能

關于DNA需要解開的東西還有很多，1983年，科學家們發現了hexasomes——一種幫助細胞包裝DNA的獨特分子結構。現在，由海德堡EMBL的Eustermann小組進行的一項研究揭示了DNA包裝成hexasomes如何影響參與基因調控的酶的功能。

DNA是一條很長很細的線，包含著我們的基因指令。它比我們細胞內部的微小空間要長得多，需要一個巧妙的包裝系統。這就是核小體發揮作用的地方，核小體是一種微小的線軸狀結構，有助于壓縮我們的遺傳信息。多個核小體以“串珠”的方式連接在一起，共同組成染色質，這就是由遺傳物質(DNA)和幫助包裝和組織它的蛋白質(如組蛋白)組成的致密纖維。

核小體在調節基因活性方面也起著至關重要的作用，決定哪些基因是開啟或關閉的。海德堡EMBL的Eustermann小組旨在了解這些結構如何在DNA包裝的背景下起作用。

“我們對了解DNA被包裝在真核細胞細胞核中的分子原理很感興趣，我們的研究重點是可視化這種包裝如何調節基因組表達和維護的分子過程。”EMBL海德堡研究小組組長Sebastian Eustermann說。

低溫電鏡下的核小體和六聚體（hexasome）

核小體可以以不同的結構形式存在，被稱為非經典形式，它們可能在基因組調控中發揮著根本性的作用，但迄今為止這些作用在很大程度上尚未被探索。六聚體就是這樣一種形式。標準的核小體將DNA包裹在8個組蛋白周圍，而六聚體只包裹6個組蛋白。這種微小的結構差異可以在細胞的分子領域發揮重要作用。

NA是一條很長很細的線，包含著我們的基因指令。它比我們細胞內部的微小空間要長得多，需要一個巧妙的包裝系統。這就是核小體發揮作用的地方，核小體是一種微小的線軸狀結構，有助于壓縮我們的遺傳信息。多個核小體以“串珠”的方式連接在一起，共同組成染色質，這就是由遺傳物質(DNA)和幫助包裝和組織它的蛋白質(如組蛋白)組成的致密纖維。

核小體在調節基因活性方面也起著至關重要的作用，決定哪些基因是開啟或關閉的。海德堡EMBL的Eustermann小組旨在了解這些結構如何在DNA包裝的背景下起作用。

“我們對了解DNA被包裝在真核細胞細胞核中的分子原理很感興趣，我們的研究重點是可視化這種包裝如何調節基因組表達和維護的分子過程。”EMBL海德堡研究小組組長Sebastian Eustermann說。

低溫電鏡下的核小體和六聚體（hexasome）

核小體可以以不同的結構形式存在，被稱為非經典形式，它們可能在基因組調控中發揮著根本性的作用，但迄今為止這些作用在很大程度上尚未被探索。六聚體就是這樣一種形式。標準的核小體將DNA包裹在8個組蛋白周圍，而六聚體只包裹6個組蛋白。這種微小的結構差異可以在細胞的分子領域發揮重要作用。

近年來，由于低溫電子顯微鏡(cryo-EM)的突破，研究人員終于能夠解決典型核小體的結構及其相互作用的蛋白質，為它們如何共同調節基因組提供了前所未有的見解。然而，到目前為止，六聚體及其相互作用體的分子細節仍不清楚，這是Eustermann的團隊一直試圖填補的空白。

“40年前，我的博士導師Daniela Rhodes發現了六聚體。現在，我的團隊終于可以**了解六聚體是如何影響染色質重塑酶的功能的。”

染色質重塑酶對于維持染色質包裝的動態性質至關重要。它們的活性可以改變染色質結構和可及性，導致基因表達模式的改變。

Eustermann小組的博士生Anna Jungblut解釋說:“這些酶就像分子機器一樣工作。在ATP(一種富含能量的細胞化合物)的推動下，它們可以將DNA纏繞在組蛋白周圍。重塑因子在調節基因組中起著至關重要的作用，對細胞功能有重大影響。例如，當基因調控被破壞時，它往往會導致癌癥等疾病。”

為了研究這一過程，研究小組廣泛使用了低溫電子顯微鏡，這使他們能夠觀察到與染色質重塑器結合的六聚體的原子結構。他們發現重塑因子識別并修飾六聚體的結構，這表明這些非典型核小體不僅影響DNA的包裝方式，還影響酶如何解釋染色質內的調節信息。

“我們的研究揭示了六聚體的某些特征如何激活和調節染色質重塑酶。這些有趣的見解可能會激發對細胞核中其他分子機器的研究，六聚體可能對與癌癥密切相關的人類重塑酶產生類似的影響。后續研究六聚體對基因組的調控將為基因調控提供新的視角。”文章一作Min Zhang說。

UCSF的Yifan Cheng和Geeta Narlikar的研究小組的發現進一步支持了這一發現，他們從結構上表明，染色質重塑酶在六聚體上被激活，盡管六聚體缺乏之前被認為對酶的功能至關重要的特征。在早期的一項研究中，Narlikar小組已經從生物化學角度證明了六聚體和染色質重塑之間的聯系。

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