古菌染色体分离与组织的分子机制：SegAB系统在染色体空间构象与基因组分配中的关键作用

本研究揭示了古菌中SegAB系统如何将染色体组织与基因组分离相耦合。研究人员通过基因缺失、ChIP-seq、原子力显微镜等技术，发现SegB蛋白通过特异性结合染色体多个位点介导DNA短程压缩和远程成环，从而促进染色体凝聚和空间分区。该研究阐明了古菌染色体分离的核心机制，为理解原核生物基因组动态调控提供了新视角。

　　

在生命演化的早期分支中，古菌作为原核生物的重要类群，其染色体分离机制长期笼罩在神秘面纱之下。与真核生物的有丝分裂纺锤体和细菌的ParAB系统不同，古菌如何协调染色体组织与基因组分配一直是未解之谜。这项发表在《Nature Communications》的研究，由Daniela Barilla团队领衔，首次系统揭示了古菌特有的SegAB系统在染色体空间构象与分离中的核心作用。

研究人员采用多学科交叉方法，包括构建基因缺失株、染色质免疫沉淀测序(ChIP-seq)、免疫荧光显微技术和原子力显微镜(AFM)等。通过对Sulfolobales目古菌的研究，发现segB缺失会导致14.93%的无核细胞和染色体分离缺陷。关键实验证实SegB通过识别特异的回文序列(5'-TCTAGA S TCTAGA-3')，在全基因组范围内形成多个结合位点，其中81.25%位于转录活跃的A区室。

"SegB位点的染色体分布模式"部分显示，ChIP-seq鉴定出39个SegB结合峰，主要富集在segAB基因座附近。这些位点83.7%位于基因区内，与转录调控无关，暗示其在染色体组织中的结构功能。"SegB介导的DNA构象变化"部分通过AFM直接观察到：SegB在100nM浓度下可使DNA缩短6.6%，700nM时缩短达18.4%，证实其具有显著的DNA压缩能力。更惊人的是，SegB还能桥接相距1kb的位点形成DNA环结构，为染色体高级构象建立提供物理基础。

"SegAB的细胞定位特征"部分显示，免疫荧光显微技术揭示SegB形成多个核内焦点，并倾向于向细胞外围偏倚分布，而SegA则均匀分布在整个核区内。这种分布模式暗示SegAB系统可能通过建立染色体-膜连接来指导基因组分配。研究还发现SegA与SegB以高亲和力结合(KD=46±10nM)，这种相互作用可能是协调染色体组织与分离的关键。

在讨论部分，作者提出了一个创新模型：SegB通过位点特异性结合在A区室建立结构支架，其DNA成环和压缩活性促进染色体域形成；同时SegA的非特异性DNA结合形成三维网络，与SegB协同完成染色体包装。这种机制与细菌ParAB系统功能相似但分子组成迥异，展现了生命演化中趋同进化的精彩案例。该研究不仅填补了古菌细胞生物学的重要空白，其发现的β-螺旋结构域等新特征也为开发古菌特异性基因操作工具提供了分子靶点。

这项工作的意义远超古菌领域，它为理解原核生物染色体动态调控提供了新范式。特别值得注意的是，SegB与凝聚素(ClsN)分别主导A/B区室组织的发现，为研究染色体空间分区机制提供了理想模型。未来研究可进一步探索SegAB系统与古菌特异的细胞分裂机制(如ESCRT系统)的协同关系，以及该系统在环境适应中的潜在作用。