8月5日，中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所朱平研究組和李國(guó)紅研究組，在《細(xì)胞研究》（Cell Research）上在線發(fā)表了題為Structural basis for linker histone H5–nucleosome binding and chromatin fiber compaction的研究論文。該研究獲得了由連接組蛋白H5折疊十二個(gè)核小體形成的染色質(zhì)顆粒3.6埃分辨率的冷凍電子顯微鏡結(jié)構(gòu)，首次報(bào)道了由全長(zhǎng)連接組蛋白H5（包括其N端結(jié)構(gòu)域和C端結(jié)構(gòu)域）及其與核小體核心顆粒形成的完整染色質(zhì)小體結(jié)構(gòu)，建立了由連接組蛋白H5介導(dǎo)形成的30nm染色質(zhì)纖維的全原子結(jié)構(gòu)模型。在真核生物中，基因組DNA被分層包裝到細(xì)胞核內(nèi)不同層次的染色質(zhì)組織中。其中，DNA纏繞在核心組蛋白組成的八聚體上組成核小體；多個(gè)核小體組成的串珠狀結(jié)構(gòu)，在連接組蛋白等的幫助下折疊形成直徑在30nm左右的染色質(zhì)纖維，并進(jìn)一步折疊形成更緊密的染色質(zhì)高維結(jié)構(gòu)。在這一過(guò)程中，30nm染色質(zhì)纖維承上啟下，連接核小體串珠和高維染色質(zhì)結(jié)構(gòu)。它的折疊規(guī)律和調(diào)控機(jī)制是探討染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵，對(duì)于闡明染色質(zhì)在調(diào)節(jié)基因表達(dá)以及其他DNA依賴性活動(dòng)中的生物學(xué)作用具有重要意義。該研究解析了由12×177bp_601DNA、核心組蛋白和連接組蛋白H5組裝形成的H5結(jié)合十二核小體的染色質(zhì)（以下簡(jiǎn)稱H5-染色質(zhì)纖維）的分辨率為3.6埃的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，與H1.4-30nm染色質(zhì)纖維類似，H5-30nm染色質(zhì)纖維以4個(gè)核小體為一個(gè)結(jié)構(gòu)單元，各單元之間通過(guò)相互扭曲折疊Zig-Zag形成一個(gè)和DNA右手雙螺旋類似的左手雙螺旋高級(jí)結(jié)構(gòu)。與研究組前期報(bào)道的H1.4-30nm染色質(zhì)結(jié)構(gòu)解析分辨率相比，該研究獲得的H5-30nm染色質(zhì)結(jié)構(gòu)解析分辨率有了較大提升。同時(shí)，研究關(guān)注的染色質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)形成過(guò)程中的關(guān)鍵相互作用，如四核小體結(jié)構(gòu)單元內(nèi)部及單元之間的核心組蛋白-核心組蛋白、核心組蛋白-連接組蛋白以及連接組蛋白-linker DNA之間的相互作用細(xì)節(jié)得以呈現(xiàn)。科研人員基于研究獲得的高分辨率冷凍電子顯微密度圖，建立了完整的H5-30nm染色質(zhì)纖維全原子結(jié)構(gòu)模型。連接組蛋白在染色質(zhì)壓縮以及高級(jí)結(jié)構(gòu)形成中具有關(guān)鍵作用。不同的連接組蛋白包括一個(gè)N端結(jié)構(gòu)域（NTD）、一個(gè)球形結(jié)構(gòu)域（GD）以及一個(gè)C端結(jié)構(gòu)域（CTD）。由于富含帶電氨基酸，連接組蛋白的NTD和CTD在溶液狀態(tài)下呈現(xiàn)高度無(wú)序的狀態(tài)。迄今為止，只有占全長(zhǎng)連接組蛋白的1/3左右的GD結(jié)構(gòu)域的結(jié)構(gòu)得到解析。該研究獲得了連接組蛋白H5的全長(zhǎng)蛋白，包括其N端結(jié)構(gòu)域NTD和C端結(jié)構(gòu)域CTD的原子分辨率結(jié)構(gòu)，建立了完整染色質(zhì)小體的原子分辨率結(jié)構(gòu)。研究顯示，在H5-30nm染色質(zhì)纖維中，連接組蛋白H5以非對(duì)稱三點(diǎn)接觸方式結(jié)合在核小體核心顆粒上。其中，H5的CTD結(jié)構(gòu)域形成經(jīng)典的HMG-like螺旋折疊方式以緊密結(jié)合在linker DNA上，并通過(guò)H5的NTD和CTD結(jié)構(gòu)域與連接DNA的相互作用促進(jìn)染色質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)的折疊和高級(jí)結(jié)構(gòu)形成。研究發(fā)現(xiàn)，染色質(zhì)纖維高級(jí)結(jié)構(gòu)形成過(guò)程中具有多重結(jié)構(gòu)不對(duì)稱性。同時(shí)，研究利用遺傳學(xué)、基因組學(xué)和生物物理方法系統(tǒng)驗(yàn)證了真核生物芽殖酵母中四核小體折疊單元的生理功能和結(jié)構(gòu)特征?；谏鲜龀晒?，研究人員提出了連接組蛋白H5介導(dǎo)的核小體結(jié)合與染色質(zhì)折疊和高級(jí)結(jié)構(gòu)形成的分子機(jī)制模型。該工作對(duì)于染色質(zhì)纖維高分辨率結(jié)構(gòu)精細(xì)模型的建立以及染色質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)組裝和表觀遺傳調(diào)控機(jī)制的研究具有重要意義，為探討體內(nèi)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)建立的分子基礎(chǔ)以及各種表觀遺傳因素對(duì)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)控的可能機(jī)理提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。研究工作得到科學(xué)技術(shù)部、國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、中國(guó)科學(xué)院等的支持。論文鏈接H5-30nm染色質(zhì)纖維冷凍電鏡結(jié)構(gòu)（a）及原子結(jié)構(gòu)模型（b）全長(zhǎng)連接組蛋白H5與核小體核心顆粒形成的完整染色質(zhì)小體結(jié)構(gòu)