Molecular Cell：先锋转录因子如何启动基因表达的第一步

　　

细胞内DNA的总长度在2-3米之间。为了适应细胞核内的狭小空间，DNA缠绕在组蛋白的周围形成核小体。染色质就是由一连串的核小体所组成。在表达特定基因时，细胞要接触到染色质内受保护的DNA。这意味着必须打开染色质结构，暴露潜在的目标基因。

这个过程被称为染色质重塑（chromatin remodeling），它调节基因表达并涉及到众多参与者。阐明这一关键步骤，有助于基因工程工具的发展。如今，瑞士洛桑联邦理工大学的研究人员结合生物学和物理学方法，在单分子水平上揭开了染色质开放过程的第一步。这项成果发表在《Molecular Cell》杂志上。

他们的研究聚焦在一组“先锋转录因子（pioneer transcription factors，pTF）”上。这些蛋白质与染色质内的特定DNA区域结合，启动染色质重塑并控制下游因子的招募，但这些区域本身被其他蛋白所掩盖。那么，先锋转录因子是如何玩转染色质迷宫的呢？

Rap1接触染色质的示意图

洛桑联邦理工大学的Beat Fierz实验室以酵母为对象，利用单分子荧光技术开展研究。他们研究了一种称为Rap1的酵母先锋转录因子，并发现它可以编排染色质重塑过程，从而使特定的DNA区域暴露出来。

在此过程中，研究人员利用模拟酵母启动子结构的重组染色质系统，证明了Rap1能够与染色质纤维内的核小体DNA相结合，不过与裸露的DNA相比，停留时间更短。

之后，他们表明Rap1结合通过抑制核小体之间的接触而打开了染色质纤维结构。最后，Rap1与染色质重塑复合物（RSC）合作取代启动子核小体，让新暴露出的DNA能够被其他参与基因表达调控的蛋白质所使用。

通过揭示Rap1如何接触染色质并打开它的物理化学机制，洛桑联邦理工大学的研究为其他先驱转录因子提出了生物学模型，也提供了在单分子水平上研究它们的工具。（生物通 薄荷）

原文检索

Maxime Mivelaz, Anne-Marinette Cao, Slawomir Kubik, Sevil Zencir, Ruud Hovius, Iuliia Boichenko, Anna Maria Stachowicz, Christoph F. Kurat, David Shore, Beat Fierz. Chromatin fiber invasion and nucleosome displacement by the Rap1 transcription factor. Molecular Cell 21 November 2019. DOI: 10.1016/j.molcel.2019.10.025