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在一項新的研究中，中國科學院生物物理研究所（Zhu Bing）朱冰教授課題組揭示了脊椎動物旁著絲粒異染色質(zhì)（pericentric heterochromatin）起始的保守機制。相關研究結(jié)果于2024年7月3日在線發(fā)表在Nature期刊上，論文標題為“Targeting pericentric non-consecutive motifs for heterochromatin initiation”。

在脊椎動物中，旁著絲粒異染色質(zhì)的組裝機制仍然鮮為人知。為了確定以往基于基因篩選的研究中可能忽略的、負責建立旁著絲粒異染色質(zhì)的因素，朱冰教授課題組開發(fā)了一種能夠識別特定基因組位點附近蛋白質(zhì)組的技術。

這種技術基于具有特定靶向能力的CRISPR/Cas9系統(tǒng)和具有近距離標記能力的APEX2系統(tǒng)。利用這種技術，他們能夠識別小鼠胚胎干細胞中旁著絲粒異染色質(zhì)附近的蛋白質(zhì)組。

他們發(fā)現(xiàn)鋅指蛋白ZNF512和ZNF512B通過與旁著絲粒異染色質(zhì)DNA的特異性結(jié)合，定位于旁著絲粒異染色質(zhì)區(qū)域。

此外，無論是在外源引入的重復區(qū)域還是在旁著絲粒異染色質(zhì)區(qū)域中，鋅指蛋白ZNF512和ZNF512B都能通過與SUV39H1和SUV39H2的直接相互作用將它們招募到特定位點，從而形成組蛋白H3K9me3介導的異染色質(zhì)。

圖片來自Nature, 2024, doi:10.1038/s41586-024-07640-5

他們證實來自不同物種的 ZNF512 和 ZNF512B 可以特異性地靶向其他脊椎動物的旁著絲粒異染色質(zhì)區(qū)域。這種能力歸功于 ZNF512 和 ZNF512B 鋅指之間相同的鋅指基序和保守的長接頭（linker）。這些相同的鋅指基序提供了識別重復 DNA 的能力，而較長的接頭提供了識別非連續(xù) DNA 序列的靈活性。

這項新的研究揭示了組成性旁著絲粒異染色質(zhì)的從頭建立機制，并解釋了為什么脊椎動物中明顯非保守的旁著絲粒異染色質(zhì)序列仍然具有相同的組蛋白H3K9me3修飾。

此外，具有分裂鋅指（split zinc finger）的鋅指蛋白可以識別非連續(xù)的DNA序列的這一發(fā)現(xiàn)揭示了一種新的DNA識別模式，這對蛋白-DNA識別模式的研究具有重要意義。

這些結(jié)果可能會導致發(fā)現(xiàn)更多具有此類特征的蛋白，并對生物信息學家開發(fā)計算DNA結(jié)合基序的新算法提供啟示。

參考資料：

Runze Ma et al. Targeting pericentric non-consecutive motifs for heterochromatin initiation. Nature, 2024, doi:10.1038/s41586-024-07640-5.

Scientists uncover conserved mechanism of pericentric heterochromatin initiation in vertebrates

https://phys.org/news/2024-07-scientists-uncover-mechanism-pericentric-heterochromatin.html