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真核生物中的染色質(zhì)根據(jù)其結(jié)構(gòu)和功能的不同分為常染色質(zhì)和異染色質(zhì)。通常常染色質(zhì)處基因數(shù)目多且活躍，異染色質(zhì)處基因數(shù)少。異染色質(zhì)通常以body或者foci的形式存在于核周邊[1-2], 對(duì)于維持基因組的穩(wěn)定性發(fā)揮重要作用?，F(xiàn)有研究通過(guò)遺傳和生化方法鑒定到了許多異染色質(zhì)形成所需的關(guān)鍵蛋白，但是仍然缺乏對(duì)這一狀態(tài)的全面了解和認(rèn)識(shí)，尤其是異染色質(zhì)是如何形成body或者foci以及異染色質(zhì)定位到核周的機(jī)制。常染色質(zhì)組蛋白主要發(fā)生H3賴氨酸乙?；?sup>[3]，而異染色質(zhì)的組蛋白發(fā)生H3第9位賴氨酸甲基化[4-5]。根據(jù)不同修飾具有不同reader的特點(diǎn),結(jié)合IP技術(shù)，理論上可以將常染色質(zhì)與異染色質(zhì)分離（圖1）?；谶@一想法哈佛大學(xué)Danesh Moazed團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了異染色質(zhì)組成成分的相關(guān)研究，他們的工作，“Native Chromatin Proteomics Reveals a Role for Specific Nucleoporins in Heterochromatin Organization and Maintenance”，于2020年1月在Molecular Cell 發(fā)表，闡述了特定的核蛋白在異染色質(zhì)固定和維持中的作用。
圖1. 染色質(zhì)在核中分布模型  作者以 S. pombe 為實(shí)驗(yàn)材料，內(nèi)源表達(dá)H3K9me的reader蛋白Flag-Swi6(圖2B)，得到IP產(chǎn)物后，進(jìn)行ChIP-seq (圖2C)和TMT-MS分析（圖2D）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示Flag-swi6 IP的DNA片段主要富集在異染色質(zhì)區(qū)-端粒，著絲粒以及 mat locus，且已知與異染色質(zhì)形成有關(guān)的關(guān)鍵成分均包含于質(zhì)譜結(jié)果中。表明這種方法可以用于分析異染色質(zhì)的片段以及異染色質(zhì)的蛋白組成成分。
圖2. 分離native染色質(zhì)片段的方法 染色體的異染色質(zhì)區(qū)為端粒，著絲粒以及mat locus。不同的異染色質(zhì)片段結(jié)合的特定蛋白有哪些呢？隨后作者在dcr1Δ，dcr1Δtaz1Δ 突變體背景下分析了異染色質(zhì)的形成情況。ChIp-seq數(shù)據(jù)表明不同位置的異染色質(zhì)所結(jié)合的蛋白有所差異（圖3）。
圖3. 不同突變體中異染色質(zhì)的分布情況 此外，質(zhì)譜鑒定結(jié)果表明，除了已知與異染色質(zhì)形成相關(guān)的蛋白，核孔復(fù)合物（NPC）以及核內(nèi)膜蛋白（INM）也表現(xiàn)為顯著富集。為了探索這些蛋白的功能，對(duì)Npp106，Nup211和INM中Lem2,Nur1蛋白進(jìn)行研究。ChIP-seq數(shù)據(jù)表明NPC和Lem2-Nur1能夠?qū)惾旧|(zhì)固定到核周邊（圖4左）。而Lem2-Nur1在異染色質(zhì)固定過(guò)程中主要是發(fā)揮維持核仁的定位以及完整性的作用（圖4右）。
圖4. NPC和INM復(fù)合物蛋白全基因組定位及Lem2-Nur1在核周固定中的作用 為了探索Npp106復(fù)合物對(duì)于異染色質(zhì)固定以及基因沉默的影響，在npp106Δ突變體中檢測(cè)了異染色質(zhì)的狀態(tài)及形成，結(jié)果表明，Npp106能夠促進(jìn)異染色質(zhì)的聚集（圖5左）以及維持（圖5右）。
圖5. Npp106促進(jìn)異染色質(zhì)的聚集和維持 綜上所述，特定的核蛋白，如Npp106 和Lem2-Nur1，通過(guò)結(jié)合異染色質(zhì)的不同位置達(dá)到將其固定在核周的目的，同時(shí)Npp106 維持著異染色質(zhì)基因沉默，促進(jìn)異染色質(zhì)形成foci或者body（圖6），而NPC和Lem2-Nur1維持著核仁的定位及完整性。
圖6. NPC和Lem2-Nur1固定異染色質(zhì)的模型  本工作利用識(shí)別不同組蛋白修飾的reader不同，將常染色質(zhì)與異染色質(zhì)分開(kāi)，同時(shí)結(jié)合二代測(cè)序和質(zhì)譜技術(shù)，得到了染色質(zhì)上蛋白質(zhì)的組成情況。發(fā)現(xiàn)了Npp106和Lem2-Nur1具有維持異染色質(zhì)穩(wěn)定及固定異染色質(zhì)到核周的功能。該工作亮點(diǎn)主要有2個(gè)，第一個(gè)是利用native IP的技術(shù)得到染色質(zhì)片段，以及在此處直接或間接（主要指依賴和不依賴H3K9me）結(jié)合的蛋白質(zhì)，更加真實(shí)的還原了染色質(zhì)上蛋白質(zhì)結(jié)合的情況；第二個(gè)是通過(guò)質(zhì)譜的方法獲得染色質(zhì)上的蛋白情況，尤其是鑒定到不同異染色質(zhì)片段各自所結(jié)合的蛋白，促進(jìn)人們對(duì)于染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的認(rèn)識(shí)，同時(shí)也為后續(xù)的相關(guān)研究提供線索。 該工作對(duì)于核蛋白功能的研究，證實(shí)了部分蛋白缺失對(duì)于異染色質(zhì)定位及維持有影響，但是沒(méi)有進(jìn)一步證明Npp 106是如何影響異染色質(zhì)的聚集和維持，Lem2-Nur1是如何影響核仁的穩(wěn)定等。此外該研究也引出了其他需要探索的問(wèn)題——第一，質(zhì)譜鑒定到的結(jié)果是所有蛋白的匯總，無(wú)法得知蛋白結(jié)合到異染色質(zhì)的具體位置（最小分辨率只能達(dá)到著絲粒，端?；蛘適at locus），更精確的位置需要進(jìn)一步的研究；第二， NPC和INM是如何將異染色質(zhì)拖拽過(guò)去，為什么NPC和INM只有部分蛋白有該功能，他們的區(qū)別是什么，如何實(shí)現(xiàn)分工也是后續(xù)值得繼續(xù)研究的一些問(wèn)題；第三，本文驗(yàn)證的核蛋白與已報(bào)道的異染色質(zhì)相關(guān)蛋白的關(guān)系也需要進(jìn)一步探討。 參考文獻(xiàn)： （1）Towbin, B.D., Gonzalez-Sandoval, A., and Gasser, S.M. (2013). Mechanisms of heterochromatin subnuclear localization. Trends Biochem. Sci. 38, 356–363. （2）Mekhail, K., and Moazed, D. (2010). The nuclear envelope in genome organization, expression and stability. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 11, 317–328. （3）Garabedian, M.V., Noguchi, C., Ziegler, M.A., Das, M.M., Singh, T., Harper, L.J., Leman, A.R., Khair, L., Moser, B.A., Nakamura, T.M., and Noguchi, E. (2012). The double-bromodomain proteins Bdf1 and Bdf2 modulate chromatin structure to regulate S-phase stress response in Schizosaccharomyces pombe. Genetics 190, 487–500. （4）Nakayama, J., Rice, J.C., Strahl, B.D., Allis, C.D., and Grewal, S.I. (2001). Role of histone H3 lysine 9 methylation in epigenetic control of heterochromatin assembly. Science 292, 110–113. （5）Bannister, A.J., Zegerman, P., Partridge, J.F., Miska, E.A., Thomas, J.O., Allshire, R.C., and Kouzarides, T. (2001). Selective recognition of methylated lysine 9 on histone H3 by the HP1 chromo domain. Nature 410, 120–124. |
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