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Jan 23, 2024

Forscher enthüllen Mechanismus der Nukleosomenassemblierung durch den Chromatin-Assemblierungsfaktor

25. August 2023 Dieser Artikel wurde gemäß dem Redaktionsprozess und den Richtlinien von Science X überprüft. Die Redakteure haben die folgenden Attribute hervorgehoben und gleichzeitig die Glaubwürdigkeit des Inhalts sichergestellt:

25. August 2023

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von Liu Jia, Chinesische Akademie der Wissenschaften

Die Chromatin-Vererbung während der Zellteilung umfasst die Replikation von DNA und den Zusammenbau von Nukleosomen auf der replizierten DNA, da die Passage der DNA-Replikationsgabel die Nukleosomen auf der DNA zerstört. Die Hälfte der Histone für den replikationsgekoppelten Nukleosomenaufbau stammt aus den zerstörten Elternnukleosomen, die andere Hälfte wird neu synthetisiert.

Chromatin Assembly Factor-1 (CAF-1) ist ein evolutionär konservierter heterotrimerer Proteinkomplex, der für die Ablagerung der neu synthetisierten Histone H3 und H4 auf der DNA verantwortlich ist. Der Mangel an Strukturinformationen über CAF-1 hat jedoch das Verständnis des molekularen Mechanismus behindert, der der De-novo-Nukleosomenassemblierung zugrunde liegt.

In einer am 25. August in Science veröffentlichten Studie hat ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Xu Ruiming vom Institut für Biophysik (IBP) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Zusammenarbeit mit Prof. Li Guohong, Prof. Zhu Bing und Prof. Liu Chaopei, alle vom IBP, berichtete über hochauflösende Strukturen von CAF-1 und CAF-1, gebunden an die Histone H3–H4.

Die Forscher bestimmten zunächst die Kristallstruktur der Kerndomäne von menschlichem CAF-1 in Abwesenheit von Histonen und die elektronenmikroskopische (Kryo-EM) Struktur von CAF-1 im Komplex mit den Histonen H3 und H4.

Die Ergebnisse zeigten, dass ein CAF-1-Komplex hauptsächlich über die p60-Untereinheit und die ED-Schleife der p150-Untereinheit an ein H3-H4-Heterodimer bindet. Das C-terminale Segment der ED-Schleife ist der Schlüssel zur biologischen Funktion von CAF-1, beurteilt durch Bestätigung der Strukturinformationen mit In-vitro-Histonbindungs- und Plasmid-Supercoiling-Assays sowie in vivo entstehender Nukleosomenassemblierungskartierung und Transkriptomanalysen.

Die Forscher fanden außerdem heraus, dass ein 30-bp-DNA-Oligomer die Dimerisierung des CAF-1-H3-H4-Komplexes auslöst, und lösten die Kryo-EM-Struktur eines 2:2-CAF-1-H3-H4-Komplexes. Diese Struktur zeigte, dass zwei benachbarte H3-H4-Heterodimere für die Bildung eines H3-H4-Tetramers durch Dimerisierung von zwei H3 bereit sind, die Positionierung der beiden Heterodimere entspricht jedoch noch nicht der exakten geometrischen Anordnung eines H3-H4-Tetramers, was darauf hindeutet dass eine Umgestaltung der Histon-H3-H4-Bindung durch CAF-1, möglicherweise mit der Bindung eines längeren DNA-Fragments, erforderlich ist, um das H3-H4-Tetramer zusammenzusetzen, das eine wesentliche Einheit des Nukleosoms darstellt.

Anhand eines 147-bp-DNA-Fragments beobachteten die Forscher eine CAF-1-gebundene rechtsdrehende Di-Tetrasom-Struktur, die durch die Analyse mit der Single-Molecule Free Orbiting Magnetic Tweezer (FOMT)-Methode bei einer physiologischen Salzkonzentration weiter bestätigt wurde . Diese Entdeckung deutete auf die mögliche Beteiligung eines rechtsdrehenden Nukleosomenvorläufers an der replikationsgekoppelten Nukleosomenassemblierung hin und lieferte eine neue Richtung für die mechanistische Untersuchung des Nukleosomenassemblierungsprozesses.

Mehr Informationen: Chao-Pei Liu et al., Strukturelle Einblicke in die Histonbindung und den Nukleosomenaufbau durch Chromatin-Assemblierungsfaktor-1, Science (2023). DOI: 10.1126/science.add8673

Zeitschrifteninformationen:Wissenschaft

Zur Verfügung gestellt von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften