HIRA独立于基因组区室化定义早期DNA复制起始区

《Nature Communications》：HIRA defines early replication initiation zones independently of their genome compartment

本研究聚焦组蛋白H3.3分子伴侣HIRA在早期DNA复制起始区定义中的新机制。研究人员通过HIRA敲除和回补实验，结合Hi-C、ChIP-seq和ATAC-seq等多组学技术，发现HIRA通过调控H3.3沉积独立于染色质可及性、组蛋白修饰和三维基因组区室化来定义早期复制起始区，为理解染色质状态与DNA复制的功能联系提供了新视角。

　　

在真核细胞中，DNA复制起始的精确时空调控对维持基因组稳定性至关重要。复制起始通常发生在被称为复制起始区的特定基因组区域，这些区域与开放的、转录活跃的染色质状态密切相关。然而，染色质状态、三维基因组结构与复制起始之间的功能联系仍是一个未解之谜。

近年来，组蛋白变体H3.3及其分子伴侣HIRA被发现在早期复制起始区的定义中发挥重要作用，但具体机制尚不清楚。组蛋白H3.3是一种复制非依赖型沉积的组蛋白变体，与活跃染色质区域密切相关，而HIRA复合物负责将H3.3沉积到基因组特定位置。前期研究发现，HIRA敲除会破坏H3.3/H3.1边界并影响相应的复制起始区，揭示了HIRA与DNA复制之间的意外联系。

为了深入解析这些复杂关系，Tina Karagyozova等研究人员在《Nature Communications》上发表了最新研究成果。他们通过系统性分析HIRA缺失对三维基因组组织、染色质可及性和组蛋白修饰的影响，揭示了HIRA在定义早期复制起始区中的独特作用机制。

研究人员主要采用了以下几种关键技术方法：利用CRISPR/Cas9技术构建HIRA敲除细胞系并进行回补实验；通过Hi-C技术分析三维基因组结构；采用ATAC-seq评估染色质可及性；运用ChIP-seq分析组蛋白变体H3.3/H3.1分布和组蛋白翻译后修饰；通过EdU标记和测序监测早期复制起始；使用SNAP标记技术追踪组蛋白沉积动力学。

HIRA确保区室A中H3.3的正确分布并限制其可及性

研究发现，在野生型细胞中，区室A显示出强烈的H3.3富集，而区室B相对缺乏H3.3。HIRA敲除导致区室A中H3.3富集减少，同时染色质可及性增加，但组蛋白修饰模式未发生显著变化。此外，HIRA缺失还导致区室A与A之间的相互作用减弱，以及少量的区室A向B转换。

HIRA缺失导致的H3.3重分布不伴随相应的组蛋白修饰变化

尽管H3.3在染色质中通常与活性标记相关，但研究发现HIRA缺失引起的H3.3重分布并未伴随H3K4me3、H3K27ac等活性标记或H3K9me3、H3K27me3等抑制性标记的相应变化，表明在区室水平上，组蛋白变体与相关标记之间可能存在解离。

HIRA独立于可及性和组蛋白修饰定义早期复制起始区

研究人员重点分析了两种类型的HIRA依赖性早期复制起始区：模糊位点和埋藏位点。在HIRA缺失情况下，这些区域的早期复制起始缺陷与染色质可及性或组蛋白修饰模式的变化不相关，表明HIRA通过独立于这些因子的机制定义早期复制起始区。

HIRA缺失时，仅非转录早期起始区发生区室转换

研究发现，活跃转录的模糊位点主要位于区室A，且不受HIRA状态影响。相反，低/不转录的埋藏位点在野生型细胞中主要位于区室B，其中一小部分在HIRA缺失时从区室A切换到B，并失去早期起始能力。这表明早期起始并不总是发生在区室A，且只有非转录埋藏位点表现出显著的区室转换。

HIRA回补重建H3.3模式和早期复制起始

通过HIRA回补实验，研究人员发现重新引入HIRA能恢复模糊位点和埋藏位点的H3.3富集和早期复制起始模式，表明HIRA在定义早期起始区中的核心作用是可逆的。

HIRA回补恢复埋藏位点的H3.3模式和早期起始而不逆转区室

重要的是，HIRA回补虽能恢复埋藏位点的H3.3富集和早期复制起始，但并未引起显著的区室B向A的逆转，进一步证实HIRA定义早期复制起始区的作用独立于其区室组织。

本研究系统阐明了HIRA通过调控H3.3沉积在早期复制起始区定义中的核心作用，并揭示了这种作用与染色质可及性、组蛋白修饰和三维基因组组织的相对独立性。研究发现不仅深化了对染色质组装与DNA复制耦合机制的理解，还为探索发育和疾病过程中基因组稳定性维持的分子基础提供了新视角。

特别值得注意的是，HIRA能通过不同的招募机制作用于转录活跃和非转录的早期复制起始区，且其功能不依赖于区室身份。这种机制上的灵活性可能对理解细胞命运决定和疾病发生中复制时序的重编程具有重要意义。该研究为未来探索组蛋白变体动力学在基因组组织中的多重功能奠定了基础，并提示HIRA招募到早期起始区的机制可能是理解复制时序与区室组织独立调控的关键。