责编 | Qi 维持基因组稳定性以及基因调节的染色质相关蛋白在全基因组中的装配体结构尚未被详细探究。 近日，来自美国宾夕法尼亚州立大学B. Franklin Pugh研究组在Nature杂志上发表题为A high-resolution protein architecture of the budding yeast genome的文章，利用ChIP-exo/seq（Chromatin immunoprecipitation, exonuclease digestion and DNA sequencing）技术【1】对酵母中全基因组染色质相关蛋白的结合框架进行了详细的定义。 基因组调节基因表达以维持细胞内成分的内环境平衡。在环境发生快速变化时候，基因表达调控过程会进行适应性地调整，恢复内在平衡。为了达到这一目的，生物体进化出组成型（Constitutive gene control）以及诱导型（Inducible gene control）的两种基因控制方式。经典的关于基因调控的范式为环境因素开启序列特异性转录因子（Sequence-specific transcription factors，ssTFs）发挥作用，ssTFs招募其他辅助因子并组装出包含Pol II以及TBP、TFIID等在内的基本转录因子组成的前起始复合物（Preinitiation complex，PIC）【2】。但是目前为止，大多数启动子中ssTF的结合位点以及其辅助因子仍未确定，组成型基因表达中ssTFs的作用程度也尚不清楚。 为了揭开这一问题的答案，作者们利用超高分辨率的ChIP-seq技术ChIP-exo/seq，绘制了全基因组的结合图谱，并且作者们将得到的数据上传到了yeastepigenome.org网站之上，使用者可以直接获取多个相互作用模式的可视化数据库。另外作者们还建立了一个工作平台称为ScriptManager，可以用于对这些数据的系统性分析。进一步地，通过均匀流形近似和投影UMAP（Uniform manifold approximation and projection）分析，作者们将测序的结果进行了投射，发现启动子辅因子Mediator、SWI-SNF、SAGA等与其相关的ssTFs会形成紧密的组合彼此靠近，但是会远离基因体中的延伸因子（图1）。 图1. 基因组特征分类与ssTFs等因子的UMAP映射分析 为了进一步地验证该ChIP-exo/seq测序结果的有效性，作者们对基因组中具有特征的区域的蛋白结构进行了解析。例如亚端粒X元件（Subtelomeric X-elements）代表异染色质环境，该区域会被沉默信息调节因子（Silent information regulators，SIRs）抑制，功能性地支持端粒的存在【3】。ChIP-exo/seq测序结果表明SIR蛋白的确会形成一定结构性的装配体（Meta-assemblage），主要位于X核心元件（X-core elements，XCEs）中心区域300-bp左右的范围（图2）。DNA复制起始、着丝粒以及Pol I复合物产生rRNA等基因组特征区域上蛋白复合物装配体形成的结构与先前的研究类似，表明了该测序结果的准确性与有效性。 图2. 基因组中非转录特征区域的蛋白结构 进一步地，作者们希望对PoI II启动子进行分类，按照特定的调控结构大致可以分为四类：1）RP类，也就是核糖体蛋白类，有137个RP启动子具有独特的蛋白调控结构；2）STM类，主要是由ssTFs以及辅因子SAGA、TUP以及Mediator等装配体结构调节；3）TFO类，缺乏STM装配体调节，但是通常具有绝缘子ssTFs；4）UNB类，除了前起始复合物之外没有其他的因子的结合。其中TFO以及UNB适合组成型低表达基因的调控，而RP以及STM类适合于调控具有上游激活序列的诱导型启动子的表达。 总的来说，该高分辨率基因组染色质结构蛋白质结合的特征对于全基因组中组成型基因的表达调控以及诱导型基因调控的蛋白组成提供了全局性的见解，对于环境波动如何调节基因表达提供了全基因组水平的解释。此外，由于该工作中的大多数关键蛋白在进化上高度保守，这些装配体的结构很可能也适用于对于更高等生物中组成型以及诱导型基因调控。 原文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-021-03314-8 制版人：十一
参考文献
1. Rhee, H. S. & Pugh, B. F. Comprehensive genome-wide protein-DNA interactionsdetected at single-nucleotide resolution. Cell 147, 1408-1419, doi:10.1016/j.cell.2011.11.013 (2011).2. Cramer, P. Organization and regulation of gene transcription. Nature 573, 45-54, doi:10.1038/s41586-019-1517-4 (2019).3. Wellinger, R. J. & Zakian, V. A. Everything you ever wanted to know about Saccharomyces cerevisiae telomeres: beginning to end. Genetics 191, 1073-1105, doi:10.1534/genetics.111.137851 (2012).