中国农大巩志忠/深圳大学杜璇研究组发现MCM10参与DNA复制依赖型核小体的组装

以下文章来源于JIPB ，作者JIPB

真核生物核小体由147 bp DNA以左手螺旋的方向包裹缠绕在组蛋白八聚体上。核小体组装有着复杂的调控机制，可以分为DNA复制耦合型核小体组装和DNA复制非依赖型核小体组装。组蛋白分子伴侣蛋白在这一过程中发挥重要作用，通过参与组蛋白的运输、组装过程中组蛋白的掺入及替换，影响染色质状态的形成和动态调节，进而影响基因转录水平。目前对于DNA复制耦合型核小体组装过程中旧链卸载组蛋白的重新组装机制了解甚少，且发现的相关分子伴侣蛋白也很少。DNA复制相关蛋白MCM10已发现超过三十余年，大量的研究表明其在DNA复制的起始、延伸及损伤修复等过程中发挥作用。但由于在酵母、动物等物种中MCM10的缺失突变体致死，使得MCM10的功能研究受限，MCM10在生物体内的具体功能及机制还有待进一步研究。

JIPB近日在线发表了中国农业大学巩志忠和深圳大学杜璇研究组题为“AtMCM10 promotes DNA replication-coupled nucleosome assembly in Arabidopsis”的研究论文（https://doi.org/10.1111/jipb.1‍3438）。该研究发现，在DNA复制过程中，复制相关蛋白AtMCM10可与新合成的及染色质相关的组蛋白H3-H4互作，并通过与PCNA及ssDNA结合，将组蛋白组装到邻近的dsDNA上，影响表观遗传传递和染色质微环境，进而影响基因的表达。

图. AtMCM10参与DNA复制耦合型核小体组装的机制

巩志忠课题组一直致力于寻找表观遗传方面更多调控基因表达的新组分。通过EMS诱变，筛选报告基因NPTII表达的突变体，NPTII基因的表达会使得突变体在含Kan的MS培养基上正常生长，表现出抗Kan的表型。Atmcm10-1是筛选并鉴定到的一个具有抗Kan表型的突变体。在动物及酵母的研究中表明，MCM10参与DNA复制、损伤修复等过程，MCM10的突变会造成非常严重甚至致死的表型，说明MCM10蛋白在DNA复制过程中具有不可替代的功能。然而，在拟南芥中AtMCM10的缺失并不影响DNA复制。Atmcm10突变体中组蛋白H3、H4的总量明显降低，ATAC-seq测序分析及MNase-qPCR检测显示Atmcm10中核小体密度降低。AtMCM10可与多种组蛋白、组蛋白分子伴侣蛋白、染色质重塑蛋白等形成复合体，且对ssDNA的结合具有偏好性。体外核小体组装实验表明,AtMCM10可以将组蛋白组装到ssDNA-dsDNA上，具有组装核小体的功能。CAF1是DNA复制耦合型核小体组装过程中的分子伴侣蛋白,参与新合成组蛋白的组装。通过遗传实验分析发现, AtMCM10与CAF1两个亚基FAS1、FAS2的双突变体致死，这表明在新合成组蛋白组装过程中AtMCM10可能与CAF1复合体具有部分冗余性。有意思的是，AtMCM10还可以结合染色质相关组蛋白，并且Atmcm10突变体中H3K27me1/3明显降低，暗示着AtMCM10可能也参与DNA复制耦合型核小体组装过程中旧链卸载组蛋白的循环利用，而这一过程进一步影响表观遗传信息从母链传递到子链。因此该研究揭示了复制相关蛋白AtMCM10的核小体组装功能，也为旧链卸载组蛋白循环利用的研究进程添加了新成员。

巩志忠实验室的博士生赵新杰为论文第一作者。巩志忠教授和深圳大学博士后杜璇为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金的资助。

转自：“iPlants”微信公众号

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