中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所朱冰教授課題組在近期的研究中取得了突破性進(jìn)展，他們成功揭示了脊椎動(dòng)物旁著絲粒異染色質(zhì)（pericentric heterochromatin）起始的保守機(jī)制。這一研究成果于2024年7月3日在國(guó)際頂級(jí)期刊《Nature》上發(fā)表，為深入理解脊椎動(dòng)物染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能提供了新的視角。

 

長(zhǎng)期以來，脊椎動(dòng)物中旁著絲粒異染色質(zhì)的組裝機(jī)制一直是科學(xué)界的一個(gè)謎團(tuán)。為了解開這一謎題，朱冰教授課題組創(chuàng)新性地開發(fā)了一種結(jié)合CRISPR/Cas9和APEX2系統(tǒng)的新技術(shù)，該技術(shù)能夠精準(zhǔn)地識(shí)別并標(biāo)記小鼠胚胎干細(xì)胞中旁著絲粒異染色質(zhì)附近的蛋白質(zhì)組。

 

通過這一技術(shù)，研究人員發(fā)現(xiàn)了鋅指蛋白ZNF512和ZNF512B在旁著絲粒異染色質(zhì)形成中的關(guān)鍵作用。這兩種蛋白通過特異性結(jié)合旁著絲粒異染色質(zhì)DNA，將SUV39H1和SUV39H2等關(guān)鍵酶招募到特定位點(diǎn)，進(jìn)而催化組蛋白H3K9me3的修飾，從而促進(jìn)了異染色質(zhì)的形成。

 

尤為重要的是，研究還發(fā)現(xiàn)ZNF512和ZNF512B不僅在小鼠中發(fā)揮作用，它們還能跨物種特異性地靶向其他脊椎動(dòng)物的旁著絲粒異染色質(zhì)區(qū)域。這一跨物種的保守性主要?dú)w因于這兩種蛋白中相同的鋅指基序和保守的長(zhǎng)接頭結(jié)構(gòu)，它們共同賦予了蛋白識(shí)別非連續(xù)DNA序列的能力。

 

這一發(fā)現(xiàn)不僅揭示了脊椎動(dòng)物旁著絲粒異染色質(zhì)從頭建立的機(jī)制，還解釋了為什么盡管旁著絲粒異染色質(zhì)序列在不同物種間差異顯著，卻仍能維持相同的組蛋白H3K9me3修飾模式。此外，具有分裂鋅指的鋅指蛋白能夠識(shí)別非連續(xù)DNA序列的新模式，也為蛋白-DNA相互作用的研究開辟了新的方向。

 

朱冰教授課題組的這一研究成果不僅豐富了我們對(duì)脊椎動(dòng)物染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的認(rèn)識(shí)，還為相關(guān)領(lǐng)域的研究提供了新的思路和方法。未來，隨著對(duì)這一機(jī)制的進(jìn)一步深入探索，有望為治療與染色質(zhì)異常相關(guān)的疾病提供新的策略和靶點(diǎn)。同時(shí)，該發(fā)現(xiàn)也啟示了生物信息學(xué)家在開發(fā)計(jì)算DNA結(jié)合基序新算法時(shí)的可能方向，為精準(zhǔn)醫(yī)療和生物技術(shù)的發(fā)展貢獻(xiàn)力量。