清华新闻网11月1日电 11月1日，清华大学生命学院陈柱成、北京大学生命学院高宁与美国犹他大学Bradley Cairns课题组在《科学》（Science）期刊上在线发表题为“核小体结合状态的染色质重塑复合物RSC的结构”（Structure of the RSC complex bound to the nucleosome）的研究长文。该工作解析了RSC-核小体复合物的高分辨冷冻电镜结构（整体分辨率7.1埃，核心区域3.0埃），揭示了RSC复合物对染色质的重塑机理。

染色质是遗传信息的物质载体。染色质的形成可以有效压缩DNA以适应细胞空间的需要，但同时抑制了基因的表达。核小体是组成各级染色质结构的基本单位。染色质重塑复合物（Chromatin remodeler）改变核小体位置和组成，对染色质结构进行重塑，在基因表达、DNA复制与修复等过程中发挥着重要作用。RSC是酵母细胞的关键染色质重塑复合物，调控酵母大部分基因的表达。RSC复合物包含15个亚基，其分子量在1MDa以上。尽管被广泛研究，RSC如何组装，如何滑动核小体，打开基因启动子的机理仍有赖于进一步阐释。  

图1. RSC-核小体复合物的整体结构以及核小体识别模型

陈柱成实验室自建立起，对染色质重塑过程进行了系列深耕。曾经报道了染色质重塑蛋白Snf2和ISWI在不同状态下的结构。在这些研究基础上，陈柱成与高宁、Bradley Carins实验室合作，解析了RSC-核小体复合物的高分辨结构，并对关键亚基进行了功能研究。

该结构显示，RSC分为三个功能模块（图1），即马达模块（Motor）、ARP模块与底物招募模块（SRM），这三个模块由核心亚基Sth1串联组成。与前期普遍认为的“空腔-嵌入”模型不同，该工作发现RSC主要通过马达与核小体相互作用，这支持了统一的ATP依赖的染色质重塑模型。ARP模块主要起到支架和调控马达的作用。SRM包含三个底物招募叶片：DNA结合叶片（DB-lobe）、组蛋白尾肽结合叶片（HB-lobe）与核小体结合叶片（NB-lobe）。这些叶片在空间上被安置在它们对应的底物附近，使它们能够协同作用，结合核小体。

这个工作阐明了RSC识别启动子的染色质特征，定向移动核小体，打开启动子的机理。RSC的多个亚基在生物进化过程中高度保守，RSC结构的解析为理解人源复合物(PBAF)提供了模版。其中，在NB-lobe的Sfh1亚基被发现结合组蛋白H2A-H2B酸性区表面，促进了RSC在体内和体外的染色质重塑活性，这提示Sfh1的同源蛋白INI1/ BAF47/SMARCB1突变造成多种癌症和神经发育疾病的可能机理。

团队掠影

清华大学2015级博士生叶佑丕（陈柱成课题组）、2014级博士吴昊（高宁课题组）为本文共同第一作者，2017级博士生陈康静（陈柱成课题组）、2017级张文浩（邓海腾课题组）参与了重要工作。清华大学生命学院陈柱成教授、北京大学生命学院高宁教授以及美国犹他大学Bradley Cairns教授为本文共同通讯作者。本课题由中国科技部，国家自然科学基金委提供经费支持，并得到清华-北大生命科学联合中心，北京市高精尖结构生物学创新中心的资助。

论文链接：

https://science.sciencemag.org/content/early/2019/10/30/science.aay0033

相关文献：

https://www.nature.com/articles/nature20590

https://www.nature.com/articles/nature22036

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1029-2

供稿：生命学院

编辑：李华山

审核：周襄楠