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来鲁华、齐志课题组合作发现转录因子相分离新机制

        近日,北京大学定量生物学中心/化学与分子工程学院/北大-清华生命科学联合中心来鲁华教授课题组与定量生物学中心/北大-清华生命科学联合中心齐志研究员课题组和北京大学生命科学学院/北大-清华生命科学联合中心瞿礼嘉教授课题组合作揭示了转录抑制子与DNA形成液液相分离的新机制。作为遗传信息的载体,DNA在细胞中被紧密组装在不同的染色质结构域中,而如何调控这些染色质结构域的组装,从而控制基因的转录仍然是未解之谜。生物大分子的相分离现象是指蛋白质及核酸等分子通过多价相互作用在细胞中形成无膜包裹的细胞器,在大分子结构组装、功能调控和信号转导中发挥着重要的作用。该研究工作发现拟南芥转录抑制子VRN1DNA形成液液相分离,揭示了相变的分子机制,为理解转录抑制子调控染色质结构变化和基因转录调控提供了全新的视角。相关工作近期发表在德国应用化学杂志上( Zhou HB, Song ZH, Zhong S, Zuo LY, Qi Z*, Qu, L-J*, Lai LH*, Mechanism of DNA-induced phase separation for transcriptional repressor VRN1, Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 4858-4862

       VRN1是植物响应春化过程的重要蛋白, 通过抑制开花抑制基因FLC的转录从而促进植物的开花过程。春化现象是指植物需要经过一段时间的持续低温才能开花,实现从营养生长阶段向生殖生长阶段的转变,是植物生长繁育的重要过程。VRN1蛋白包含两个DNA 结合结构域,中间由长无序链连接。他们的研究表明VRN1的两个DNA结合结构域和无序连接链对于相分离都起到了重要作用,无序连接链上的电荷分布对于相分离起到了关键调控作用。无序链上只包含负电荷区时不能与DNA发生相分离,只包含正电荷区时与DNA形成无规聚集体,只有当分离的正负电荷区都存在时才能形成液液相分离。他们还使用DNA Curtains技术对VRN1的相分离现象进行了单分子水平研究,并在植物细胞中观测到了VRN1在细胞核中与DNA形成了相分离结构,说明转录抑制子可能通过相分离的形式调控染色质结构,从而抑制基因的转录。北大-清华生命科学联合中心博士生周华斌是本文的第一作者,北京大学生命科学院博士生宋子菡、钟声博士和生命科学联合中心博士生左琳彧参与了这项研究。该研究得到了国家科技部、自然科学基金委员会和北大-清华生命科学联合中心的资助。

 

1. VRN1中间无序连接链上的电荷分布调控了VRN1DNA形成的相分离

 

原文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.201810373