 果蝇胚胎中的组蛋白(显示为绿色)。它们储存在脂肪滴(小点/圈)和在需要的时候前往细胞核(大球)的DNA包装成染色体。
人们知道，细胞核里的组蛋白量必须恰到好处，太多会使DNA受到破坏，太少又会令细胞死亡。然而，组蛋白的“中庸之道”实际上更为复杂。 美国罗切斯特大学的一项新研究显示，不同类型的组蛋白需要保持一定的比例。而细胞会将多余的组蛋白保存在特殊的仓库(脂滴)中以备不时之需。这一发现于六月十二日发表在Cell旗下的Current biology杂志上。 脂滴是广为人知的脂肪储存场所，而罗切斯特大学的生物学副教授Michael Welte指出，它们也参与了组蛋白平衡的调控。 Welte在之前的研究中发现，有个名为Jabba的蛋白将组蛋白锚定在脂滴上。而这项新研究显示，多余的组蛋白能够走出细胞核进入脂滴，被暂时保存在那里，直到细胞需要构建新的染色体。 “人们在许多生物的脂滴中观察到了组蛋白，其中也包括哺乳动物，”Welte说。“这项研究可以帮助我们进一步理解组蛋白和脂滴在人体中的作用。” 研究人员发现，在细胞中去除Jabba蛋白，会增加特定类型的组蛋白在细胞核中所占的比例，因为这些组蛋白无法被储存起来。在这种情况下，胚胎对环境压力(例如高温)更为敏感，会导致细胞分裂故障和活性减弱。
 和人类一样，胚胎阶段对于果蝇(Drosophila melanogaster)来说也非常关键。从单个细胞到幼虫，胚胎需要一边应对环境压力一边快速增加细胞数量。这一过程依赖于大量遗传学开关的激活，包括多个染色体区域的展开和重新包装。 DNA分子围绕组蛋白形成染色体，因此组蛋白对于胚胎发育至关重要。研究显示，如果不同组蛋白没有达到正确的比例，胚胎就很难正常发育，甚至会因此而死亡。 组蛋白比例的维持并不是一个自然而然的过程。实际上细胞会过量合成特定类型的组蛋白，这些组蛋白需要被送到细胞核外的脂滴进行储存。 下一步，Welte及其团队会在Jabba蛋白上鉴定组蛋白的结合位点。在这一信息的基础上，科学家们或许能够对组蛋白的储存过程进行干涉。 “组蛋白和脂滴都存在于人体内，我相信人体也存在着类似的储存过程，”Welte说。“如果事实的确如此，我们的发现就能够帮助人们预防和治疗与染色体故障有关的疾病。值得注意的是，这项研究揭示了脂滴和细胞核之间的密切联系，这在过去人们绝对想象不到。” 原文摘要： Drosophila Lipid Droplets Buffer the H2Av Supply to Protect Early Embryonic Development Zhihuan Li, Matthew R. Johnson, Zhonghe Ke, Lili Chen, Michael A. Welte Assembly of DNA into chromatin requires a delicate balancing act, as both dearth and excess of histones severely disrupt chromatin function . In particular, cells need to carefully control histone stoichiometry: if different types of histones are incorporated into chromatin in an imbalanced manner, it can lead to altered gene expression, mitotic errors, and death . Both the balance between individual core histones and the balance between core histones and histone variants are critical . Here, we find that in early Drosophila embryos, histone balance in the nuclei is regulated by lipid droplets, cytoplasmic fat-storage organelles . Lipid droplets were previously known to function in long-term histone storage: newly laid embryos contain large amounts of excess histones generated during oogenesis , and the maternal supplies of core histone H2A and the histone variant H2Av are anchored to lipid droplets via the novel protein Jabba . We find that in these embryos, synthesis of new H2A and H2Av is imbalanced, and that newly produced H2Av can be recruited to lipid droplets. When droplet sequestration is disrupted by mutating Jabba, embryos display an elevated H2Av/H2A ratio in nuclei as well as mitotic defects, reduced viability, and hypersensitivity to H2Av overexpression. We propose that in Drosophilaembryos, lipid droplets serve as a histone buffer, not only storing maternal histones to support the early cell cycles but also transiently sequestering H2Av produced in excess and thus ensuring proper histone balance in the nucleus. |
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