凝缩蛋白I与连接组蛋白H1.8竞争重构DNA环驱动染色质相分离的机制研究

本研究揭示了在有丝分裂染色体组装过程中，凝缩蛋白（condensin I）介导的DNA环挤出机制与连接组蛋白（linker histone H1.8）的竞争作用如何引发染色质结构的相分离。通过构建理论模型并结合非洲爪蟾卵提取物实验，团队发现H1.8通过竞争性结合DNA，重构由condensin I形成的DNA环结构，最终形成特征性“火花状”（sparkler）染色质构型。

　　

Significance（研究意义）

一种被称为“火花状结构（sparkler）”的特殊染色质构型在缺乏核小体的缠结DNA上组装形成，该结构以多个从致密DNA核心向外辐射的突起为特征。为阐明其组装机制，我们提出了一套理论，预测凝缩蛋白I（condensin I）与连接组蛋白（linker histone）之间的竞争作用会驱动从中央区域挤出的DNA环发生相分离。根据该模型，富含凝缩蛋白的环区域保持为突起状态，而富含连接组蛋白的环则被收拢至中央区域。

Model overview（模型概览）

我们处理了包含连接组蛋白和凝缩蛋白的溶液中的缠结DNA链（图2）。DNA链被视为电中性的柔性聚合物，其库恩单元长度记为b，这是因为在生理盐浓度下其电荷已被中和。染色体DNA链极长，因此在实验时间尺度内保持缠结状态。我们将DNA缠结视为有效交联，DNA链可在交联点之间滑动。

Relaxation of the central gel region drives phase separation of the peripheral brush region（中央凝胶区弛豫驱动外周刷状区相分离）

我们首先处理溶剂流动引起的弛豫快于环挤出的情形，即p_in = 0。我们的模型预测了中央区与外周区的DNA比例、DNA体积分数、凝缩蛋白占据率与连接组蛋白占据率随时间的变化（图S3）。位于外周区域的DNA单元比例N_b/N随时间增加（图3a实线）。DNA张力因弛豫作用大幅降低，并不显著减缓凝缩蛋白介导的环挤出过程。

Discussion（讨论）

火花状结构是在非洲爪蟾卵提取物中缺乏核小体的缠结DNA上组装形成的一种高度特征性染色质构型。本研究提出了一套理论，用于预测该结构组装过程中所观察到的对称性破缺机制。该理论认为，中央凝胶区尺寸的减小缓解了由凝缩蛋白I在中央-外周界面处介导的环挤出所产生的DNA张力（图8a），从而导致外周区域DNA体积分数升高。