裂殖酵母中转录因子介导的凝缩蛋白招募和全染色体的构象
发布日期：2019-03-19 浏览次数：2621
摘要
维持染色体结构的复合体已经被研究的越来越清楚，例如凝缩蛋白和粘连蛋白涉及到基因组的三维结构，然而它们在功能组织中的具体作用还不是很清楚。本文通过双端测序结合染色质互作，在裂殖酵母中全面地鉴定凝缩蛋白和粘连蛋白介导的全基因组的关联。研究发现，尽管凝缩蛋白和粘连蛋白通常结合在相同的位置，但是它们各自直接参与不同关联网络及形成或小或大的染色质结构域。粘连蛋白介导的关联位点相互之间相距100kb以内，而凝缩蛋白介导的范围更大一些。此外，凝缩蛋白通过有丝分裂的转录因子和细胞周期调控基因产生关联。本研究描述了凝缩蛋白和粘连蛋白在基因组组织中不同的功能，特殊转录因子如何在凝缩蛋白装载中行使功能，细胞周期依赖基因组组织以及有丝分裂的染色体组织怎样维系精准的染色体分离。
材料方法
酵母菌株培养：Schizosaccharomyces pombe（YEA）、（EMM）；凝缩蛋白：Cut14；粘连蛋白：Rad21；细胞周期调控转录因子：Ace2, Ams2；有丝分裂转录因子：Sep1（C端标记Myc, Flag, or Pk）；ChIA-PET：染色质（3%多聚甲醛+二己二亚酰胺化物）交联，交联的染色质超声波打断 300-500bp，Cut14-Pk 、 Rad21-Myc免疫共沉淀（mouse monoclonal anti-Pk、mouse monoclonal anti-Myc、protein-G-coupled Dynabeads）；沉淀下的DNA去交联分别连接A/B连接体，混合的连接产物用EcoP15I酶切，纯化（streptavidin-coupled magnetic beads）。测序仪器：Illumina HiSeq 2000 PE100bp。
研究结果
1、特殊的受凝集蛋白限制的细胞周期调控基因
a,Cut14、Rad21的结合位点。b,受凝缩蛋白和粘连蛋白束缚的高表达的Pol II转录基因。c,在不同位点Cut14、Rad21的富集水平，eng1基因位置两种丰度差异很大。d,细胞周期中受凝缩蛋白和粘连蛋白束缚的Pol II基因的表达量。e,mid2 、hta2位点Cut14、Rad21的结合模式。
2、由凝缩蛋白和粘连蛋白形成的不同大小的结构域
a/b,仅有凝缩蛋白介导的染色质结构域（20k）/仅有粘连蛋白介导的染色质结构域（5k）。c，Cut14介导的20k遗传范围内的。d,比较Rad21 ChIA-PET（5k） and Hi-C（10k）。e,Cut14、Rad21 ChIA-PET和 Hi-C预测的结构域大小。f,Cut14、Rad21边界分类表。
3、凝缩蛋白关联的Ace2, Ams2的靶基因
a/b,凝缩蛋白和粘连蛋白介导的显著关联位点（>100kb,<100kb）相关联位点：Mango绘图软件：Circos software。c,Cut14、Rad21不同距离显著关联位点的频率。d,Cut14-Pk ChIA-PET,Ace2, Ams2的靶基因和eng1作为诱饵。
4、通过凝缩蛋白和有丝分裂相关的Ace2, Ams2的靶基因
这些结果表明：Ace2结合凝缩蛋白在有丝分裂时期能提高对其靶基因作用的效率。当Ace2高表达时，凝缩蛋白反过来介导Ace2靶基因和着丝粒的关联。
5、有丝分裂细胞中凝缩蛋白的CHIA-PET
e、f,有丝分裂细胞和不同时期细胞中，凝缩蛋白的边界相似。
g,Cut14在不同细胞及Rad21连接基因组位点的情况。
h,有丝分裂细胞和不同时期细胞中凝缩蛋白CHIA-PET数据相关性。
i、j,两种蛋白介导的显著相关的位点（<100kb,>100kb）
6、Ace2结合位点形成的结构域边界
Ace2结合位点在m1∆，m2∆位置，m1∆，m2∆为该位点缺失突变。两个位点，不同类型的细胞中Cut14的丰度。结果表明：Ace2结合凝缩蛋白作用于其靶基因。
c，野生型和突变体细胞中指定基因和着丝粒间的距离。突变体细胞中指定基因与着丝粒间的距离变远，对照基因c110与着丝粒间的距离保持不变。
d，其他四个受凝素蛋白束缚的位点在野生型和突变体细胞中相对距离的变化。
7、有丝分裂转录因子招募凝缩单白
8、由于Ace2和边界的缺失造成有丝分裂的“瑕疵”
C887位点左右两侧之间的距离。（超过50细胞用于计算），染色体的压缩依靠凝缩蛋白介导，而凝缩蛋白是由Ace2转录因子招募来的。
结论亮点
1、 凝缩蛋白和粘连蛋白复合体通常结合在基因组的相同位置，但是只有凝缩蛋白通过转录因子（Ace2、Ams2）对细胞周期调控基因有束缚作用。
2、 相比较粘连蛋白。凝缩蛋白优先通过有丝分裂转录因子靶向结合特殊基因。利用LaI束缚系统，发现凝缩蛋白是受Ace2招募的。同时凝缩蛋白介导与着丝粒相关的基因位点，以及染色体在有丝分裂过程中的压缩。Ace2靶基因能够通过凝缩蛋白之间的互作介导它们之间的相关作用。
参考文献
Transcription factors mediate condensin recruitment and global chromosomal organization in fission yeast[J].Nat Genet. 2016 Aug 22.IF=31.616
