INO80与核小体结合的结构
巴塞洛缪实验室
布莱恩巴塞洛缪博士。
首席研究员
研究领域乐动体育LDsports中国
- 表观遗传学研究乐动体育LDsports中国
- 染色质Remodelers研究乐动体育LDsports中国
- 生物化学研究乐动体育LDsports中国
- 组蛋白修饰的研究乐动体育LDsports中国
- 染色质的研究乐动体育LDsports中国
Bartholomew实验室研究atp依赖的染色质重塑复合物的结构和功能，以及它们如何动员和重组核小体。考虑到这些重塑器的大小和复杂性，投资下一代测序和表观基因组技术(例如ChIP-seq, ATAC-seq, PRO-seq，Hi-ChIP和place -seq)，以及开发新的方法来定义染色质重塑和它们的核小体底物之间的物理相互作用，以及在重塑过程中彼此如何影响。
这个问题
Epigenetics领域的最近崛起揭示了有机体发育，细胞分化和人类疾病不仅取决于编码个体基因的DNA，还取决于DNA如何将DNA包装成染色质，以及如何对封装的DNA进行调节。一个关键类别的表观遗传调节剂是ATP依赖性染色质重塑剂。该类包含大量使用源自ATP水解的能量以改造和/或重新配置染色质的蛋白质复合物。这些蛋白质复合物的大小为〜300kDa至> 1 MDA，属于四个主要家庭：SWI / SNF，ISWI，CHD和INO80。挑战一直在定义这些复合物之间的相似性和差异，了解它们如何重新组织染色质，以及它们如何招募到不同的基因组位点。虽然我们已经了解到与这些复合物相关的一些基本机制，但我们只开始了解单个蛋白质如何在复合物中运作以及这些复合物中的突变如何导致癌症和其他疾病。
pymol制作的电影显示了结合在核小体上的INO80复合物的结构，基于低温电子显微镜。核小体DNA呈米黄色，组蛋白呈红色、紫色、黄色和红色，INO80亚基INO80、Arp5、Ies6、Ies2、Rvb1、Rvb2分别呈品红、橙色、水蓝、绿色、淡蓝色和深蓝色。
Circos地图显示酵母SWI / SNF复合物内的亚基间相互作用，如化学交联和质谱实验所揭示的。线代表赖氨酸赖氨酸交联。线颜色和增厚性分别在复数内突出显示特定模块和特定交联的恢复频率
的方法
巴塞洛缪实验室采取多管多路的方法来解开与atp依赖的染色质重塑有关的问题，以及它们如何影响发育和疾病。他们首先利用酵母等模型系统分析这些大型染色质重塑机器的结构和功能酿酒酵母，为详细的生化和结构分析提供理想的平台。结构/功能关系通常通过突变或删除较大复合物的亚基内的单个蛋白质结构域或其一种或多种靶标，然后检查这些复合物的活性体外和体内．然后，利用处于naïve状态和分化成各种细胞类型的小鼠胚胎干细胞(mesc)，在哺乳动物系统中测试从酵母分析获得的信息。利用尖端基因组学和最先进的显微镜技术对细胞进行分析，以评估突变对细胞活动(如转录)和染色质结构(如染色质结构和组成，以及整个核组织)的影响。此外，Bartholomew实验室经常与使用专业生物物理方法的专家合作，如单分子FRET和先进的质谱分析，以探索结构动力学和蛋白质相互作用网络
创新和发现
当DNA被ISW2染色质重塑器移动时，组蛋白八聚体也被扭曲，这是重塑周期的关键部分。当组蛋白运动受到限制时，核小体的重塑在早期的中间阶段就被阻滞。
核小体可塑性和ISWI染色质重塑
多年来，核小体一直被认为是一种刚体，除了DNA运动(如atp依赖的染色质重塑过程中发生的运动)外，它保持不变。Bartholomew实验室最近提供了令人信服的证据，证明核小体的组蛋白八聚体核心不是刚性的，而是动态的。核小体核的严重变形发生在重构的早期。当这些畸变受到限制时，就不会发生额外的重构。这些研究聚焦于酵母ISW2，并采用了多种方法，包括靶向突变，以捕获重塑中间体，并确定组蛋白八聚体何时以及如何扭曲。(有关更多信息，请参见哈达等人，2019年，细胞代表．）
（a）ino80，（b）arp8和（c）ARP4（蓝色）和用ATP（棕色）的ARP4（蓝色）和INO80的定向DNA交联模式，使用Bartholomew实验室中开发的交联方法定义。灰色着色区域显示了基于芯片EXO的交互模式，这是一种较少的精确方法。
INO80复合体中的肌动蛋白相关蛋白(ARPs)是核小体重构的重要传感器和调节者
INO80是一种atp依赖的染色质重塑器，不仅可以移动DNA上的核小体，还可以交换核小体上的组蛋白，这一过程对转录调控、DNA修复和DNA复制都非常重要。核肌动蛋白和一些肌动蛋白相关蛋白(ARP4, ARP5和ARP8)也存在于INO80复合物中。
Bartholomew实验室发现ARP4、ARP8和actin形成一个蛋白模块，与核外体/连接体DNA结合，以DNA长度依赖的方式正向调节INO80的核小体动员活性。ARP8和ARP4部分与DNA和肌动蛋白相互作用，而部分催化亚基Ino80作为这些arp的蛋白质支架。他们还发现ARP8和ARP4变构地调节ARP5与组蛋白八聚体的结合，这对将atp酶活性与核小体运动耦合非常重要。(有关更多信息，请参见王志强，王志强，王志强，等，2018，NAT CANCE．）
使用Pro-SEQ将RNA聚合酶II（RNAPII）主动转录SHMT2的位点。在Naïve干细胞（Naïve）中，RNAPII仍然暂停在启动子附近。在引发的外血管衍生的干细胞（EPISc）中，释放暂停，并且基因被转录。
哺乳动物SWI/SNF复合物通过长期染色质相互作用释放暂停的RNA聚合酶II，促进多能性的退出
在最新的研究中，巴塞洛缪实验室发乐动体育LDsports中国现SWI / SNF在将小鼠胚胎干细胞（MESCS）转变为其底部/外部细胞状状态时在发育基因下暂停的RNA聚合酶II（RNAPII）释放。RNAPII的释放是由SWI / SNF介导的增强剂和基因启动子之间的远程染色质相互作用的变化。他们还发现，如果这些SWI / SNF介导的变化通过突变SWIF / SNF催化亚基（SMARCA4 / BRG1）来抑制癌症中常见的重建突变，则改变干细胞将干细胞分化为细胞类型的细胞类型．