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细胞当中的DNA被紧密包裹在染色质中，而组蛋白H1(Histone1)负责连接不同核小体之间的连接DNA。关于组蛋白H1与DNA的结合模式以及其在细胞染色质重塑过程中的作用我们仍然知之甚少。最近，来自英国剑桥大学的Katherine Stott研究组在PNAS在线发表题为"Highly disordered histone H1-DNA model complexes and their condensates"的研究论文，首次发现组蛋白H1与DNA形成相分离，并对其形成相变的机制进行了深入的研究(Turner et al.) ——机理研究—— 组蛋白H1的C端（CH1）是高度无序的DNA结合区域，虽然是无序链，但其与DNA具有纳摩尔级别的高亲和力。研究课题组首先使用核磁的手段发现CH1在结合DNA前后都是高度无序的，同时使用等温滴定量热（ITC）的方法测量了36bp的DNA与CH1的结合能为292nM，N值为1.86。为了更好地研究CH1与DNA的相互作用，作者筛选了长度为20，26，32bp的DNA，最终发现20bp DNA与CH1具有1：1的结合模式，结合能为101nM。
图1 组蛋白CH1与DNA的相互作用 为了进一步研究溶液电荷对CH1与DNA相互作用的影响，作者使用了低浓度的盐溶液（10mM），发现在滴定过程中，ITC上为两段吸热反应，对应了CH1与DNA相对作用到形成相分离的过程。 CH1含有三个磷酸化位点，这些位点的磷酸化是细胞周期依赖的，被认为是细胞中调节染色质结构的关键，磷酸化的CH1降低其与DNA的亲和力，从而增加H1的流动性。在S期，磷酸化CH1对应更加开放的染色质结构，从而有助于细胞当中的复制和转录，而在M期，CH1导致更为致密的染色质结构，可能有利于细胞的分裂。同样，利用核磁技术，作者发现磷酸化的CH1（CH1-P）在结合DNA前后也均为无序结构。CH1-P与DNA相互作用的能力比CH1减弱6倍，同时减弱了其余DNA形成相分离的能力。 ——小结—— 作者研究了组蛋白H1的C端与DNA的相互作用，发现无序蛋白也能与DNA形成高亲和力的复合物。同时，CH1与DNA的相互作用后在一定的摩尔比例下能够形成相分离，进而将DNA紧密包裹。而磷酸化CH1降低了其与DNA的亲和力，减少了CH1在相变体系的分布。这一研究能帮助我们更好地理解组蛋白在细胞染色质结构中的重要作用，同时也为我们理解这些由正负电相互作用驱动的相分离热力学过程提供了重要的知识。 参考文献： Turner, Abigail L., et al.“Highly Disordered Histone H1−DNA Model Complexes and Their Condensates.” Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 115, no. 47, Nov. 2018, pp.11964–69. DOI:10.1073/pnas.1805943115. 作者： Michael Chou |
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