2025年5月12日,復(fù)旦大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院董愛(ài)武團(tuán)隊(duì)于Structure雜志在線發(fā)表題為“Structural and functional interrelationships of histone H2A with its variants H2A.Z and H2A.W in Arabidopsis”的研究論文,揭示了?擬南芥中組蛋白H2A與其變體H2A.Z、H2A.W的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系?。

真核生物中存在多種組蛋白H2A變體,然而植物中H2A及其變體間的功能關(guān)系仍不甚明晰。本研究通過(guò)CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù),在擬南芥中制備了缺失四個(gè)H2A同源基因的突變體,系統(tǒng)分析了H2A、H2A.Z和H2A.W之間的功能與結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)。RNA測(cè)序及表型分析表明,與野生型相比,缺失H2A、H2A.Z或H2A.W的突變體在基因轉(zhuǎn)錄和植物發(fā)育方面呈現(xiàn)溫和變化。染色質(zhì)免疫沉淀測(cè)序顯示,H2A能夠在全基因組范圍內(nèi)(包括常染色質(zhì)和異染色質(zhì)區(qū)域)替代H2A.Z和H2A.W,而H2A.Z對(duì)H2A和H2A.W的替代主要局限于常染色質(zhì)區(qū)域。
利用擬南芥來(lái)源的天然DNA和重組組蛋白及變體,本研究成功構(gòu)建了包含H2A、H2A.Z或H2A.W的單核小體,并通過(guò)冷凍電鏡單顆粒技術(shù)解析了其近原子分辨率的三維結(jié)構(gòu)。含H2A.Z的植物核小體DNA末端剛性介于含H2A或H2A.W的核小體之間。相比之下,動(dòng)物H2A.Z核小體DNA入口端和出口端的剛性低于H2A核小體,這可能源于動(dòng)植物H2A.Z尾部結(jié)構(gòu)的差異。植物H2A.Z核小體剛性的中間態(tài)特性與其在常染色質(zhì)及兼性染色質(zhì)區(qū)域的分布模式相契合,支持其對(duì)植物基因轉(zhuǎn)錄的雙重調(diào)控作用。鑒于H2A.Z參與多種脅迫響應(yīng)過(guò)程,其核小體的中間態(tài)可能有助于植物適應(yīng)環(huán)境變化。綜合研究結(jié)果表明,擬南芥中H2A及其變體在結(jié)構(gòu)上具有高度相似性,在功能上存在冗余性。

國(guó)家蛋白質(zhì)科學(xué)研究(上海)設(shè)施電鏡分析系統(tǒng)工作人員協(xié)助進(jìn)行了冷凍電鏡數(shù)據(jù)采集工作。
全文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.str.2025.04.015