在果蝇中核小体定相的全基因组规则

LMU研究人员首次系统地确定了果蝇基因组包装单元的定位，并发现了一种新的蛋白质，它定义了它们与DNA序列的关系。

在将基因组DNA存储在细胞核中的生物体中，遗传信息被包装成称为染色质的浓缩形式。在染色质中，DNA被缠绕在称为核小体的颗粒周围，每个颗粒由四种组蛋白组成，并且所得的“线轴”通过接头DNA彼此分开。因此，每个细胞的染色体都可以被认为是一个开放的项链，其中DNA形成细胞串，核小体是珍珠。核小体相对于每个DNA分子的核苷酸序列的精确定位以及各个核小体之间的距离可以对基因调节具有重要影响，因此必须严格控制。利用果蝇果蝇(Drosophila melanogaster)作为模型，由LMU生物医学中心的Peter Becker教授领导的研究小组现已系统地确定核小体沿DNA的排列，并确定了一种新的蛋白质，它在确定其位置方面发挥作用。研究结果发表在期刊的新一期分子细胞。

以前的研究表明，核小体处于活跃基因的起始位置通常以非常有序的方式组织，固定长度的DNA将每一个与下一个分开。这种非随机排列称为定相核小体阵列，这种现象称为核小体定相。“这些核小体组可以通过这样的方式进行排序，即在暴露的DNA中留下重要的基因调控序列，”该研究的第一作者桑德罗·巴尔迪解释说。“所以我们专门搜索了果蝇基因组中的这些数组。” 这主要涉及组装果蝇中所有核小体位置的全基因组图谱。借助新开发的数据分析方法，Becker及其团队能够识别和编目所有发现相位核小体阵列的位点。

事实证明，约有一半的常规核小体位于活性基因附近。该结果证实，定相确实与基因活性有关。“令我们惊讶的是，”Baldi说，“定期排列的核小体组的另一半与基因序列或其他已知的调控DNA区域无关。”

为了更多地了解核小体定位的基础机制，Becker和他的同事开发了一种在试管中组装果蝇染色质的新方法。他们首先分离出果蝇DNA，不含蛋白质，然后加入从果蝇卵中获得的蛋白质提取物。该提取物包含早期胚胎发育所需的所有因子，包括与染色质结合的组蛋白和非组蛋白。

“在将提取物添加到纯化的基因组DNA的一小时内，混合物的成分自动形成与我们在果蝇细胞核中发现的染色质结构基本相同，”Becker说。特别是，研究人员证实，在自组装过程中，与活性基因无关的定相核小体群被正确放置。在进一步的实验中，他们遇到了一种以前没有特征的蛋白质，它直接与裸露的DNA结合，并在其周围形成一个规则间隔的核小体。

“这种新蛋白质可能在基因组组织中起着重要作用，因为它是导致定相的主要因素之一，这就是为什么我们将它命名为Phaser，”Becker说。“目前尚不清楚哺乳动物是否拥有相似的蛋白质。无论如何，阐明这些相位蛋白的功能将非常有趣。我们的体外重建染色质的方法将使我们能够深入了解其他机制。基因组组织，可用于进一步详细研究基因组生物学的许多其他方面。“