陈柱成/李雪明 SNF2介导的染色质重塑中DNA滑移的机理
2019年3月13日，清华大学生命科学学院陈柱成课题组、李雪明课题组以及中科院物理所李明课题组合作在Nature上发表了题为Mechanism of DNA translocation underlying chromatin remodeling by Snf2的研究论文，析了不同核苷酸状态下Snf2-核小体复合物的冷冻电镜结构，揭示了Snf2介导的染色质重塑中DNA滑移的机理。
在前期研究基础上，陈柱成与李雪明实验室合作，利用冷冻电镜技术，进一步确定了在不同核苷酸（ADP和ADP-BeFx）状态下Snf2-核小体复合物的高分辨结构（图1）。
图1 ADP（左图）和ADP-BeF（右图）状态下Snf2-核小体复合物整体结构
他们发现在一个ATPase循环过程中，Snf2存在打开-闭合的构象变化。在打开状态下，Snf2在核小体结合点(SHL2)引起1bp DNA的凸起，这个形变沿DNA链向入口端传递，使得 1bp DNA被拉入核小体。而且DNA前导链比后随链有更明显的移动，显示DNA的“扭曲－滑移”运动。ADP-BeFx的结合导致酶构象闭合，核小体恢复到自然状态，没有明显的扭曲。Snf2介导的这种DNA运动模式超出一般想象。
为了确认上述实验结果，陈柱成与中科院物理所李明实验室合作，利用单分子荧光技术(smFRET)确认了溶液状态的DNA运动与冷冻电镜结构一致。最后，研究者提出了染色质重塑的两步走”DNA波”模型（图2）：第一步，ATP水解，Snf2张开，把DNA从入口端拉进，并在SHL2处储存1bp DNA形变（“DNA波”）；第二步，ATP结合，Snf2关闭，使得DNA形变向出口端传递，就像水波沿湖面传递一样,最终实现DNA对组蛋白的相对移动。
图2 Snf2介导的核小体滑动模型
这个模型表明Snf2水解一个ATP，移动1bp DNA。同时也解释了DNA移动的方向性机制。总之，本论文解答了染色质重塑过程中DNA移位的基本原理，相信此研究结果在染色质领域会有非常广泛的影响。
据悉，清华大学生命学院陈柱成研究员、李雪明研究员以及中科院物理所李明研究员为本文共同通讯作者。清华大学生博士生李美静，夏显，田元元和刘晓玉，以及中科院物理所博士生贾棋为本文共同第一作者。
