Nature & Cell两大顶级杂志获表观遗传研究突破

　　

生物通报道：来自美国宾州大学与西北大学的两个研究组，近期分别在Nature和Cell这两大顶级期刊上发表文章，分别取得了表观遗传学核小体研究方面的突破性进展，这两项的关键点都来自其重要的研究新技术——宾州大学的研究人员发展了超高分辨率ChIP-exo技术，而西北大学的研究人员则研发了一种基于改造后组蛋白的化学修饰，来直接绘制核小体中心的方法。

在“Genome-wide Nucleosome Specificity and Directionality of Chromatin Remodelers”文章中，宾州大学首席研究员B. Franklin Pugh教授领导的研究组利用了一种称为核酸外切酶的工具，来去除未有基因调控蛋白结合的DNA序列，从而确定具体的核苷酸序列。

染色体是细胞内携带基因信息的重要构成元件，染色体上特异性蛋白与核小体的结合方式，将能决定是形成大脑细胞，还是肝脏细胞，抑或是癌症细胞，十分重要。然而迄今为止，要想准确判断这些蛋白结合在染色体的什么位置，还十分困难。

因此Pugh教授研发出了一种新型的技术工具，利用这种工具，研究人员能准确了解这些蛋白的位置，并且这种方法还有可能在蛋白调控，或者未能调控整个基因组的时候，进行高分辨率拍摄，从而有助于科学家们解析这些关键的过程。

这种技术就是ChIP-exo，其优于其它技术之处在于其能将结合位点中上百万，上亿的基因组核苷酸，缩小到某个确定的核苷酸，同时ChIP-exo技术还能去除检测系统中的大量背景，低背景技术能分析更多的结合位点，增加2-5倍，为某种蛋白如何调控基因的，提供更加完整的图谱，同时还能加大科学家们对于基因组中这些蛋白结构组织的作用，更广泛的理解。

利用这种技术，研究人员分析了染色质重塑调节因子Isw2的作用机制，真核生物不同于原核生物的一大特点是具有染色质结构，DNA的序列信息被包裹在组蛋白结构中，基因的转录激活需要染色质结构的改变，因此染色质重塑在基因表达调控中扮演了重要角色。

染色质重塑复合物具有多个亚基，这项研究绘制了其中之一Isw2在基因组范围内的组织模式，以及在核小体中的定位情况，从而提出了包含这种亚基在内的染色质重塑复合物的作用新机制。

另外一篇文章中，，研究人员发展了一种基于改造后组蛋白的化学修饰，来直接绘制核小体中心的方法，并利用这一方法在全基因组范围内，对酿酒酵母的核小体位置进行了前往所有详细和精确的活体分析。

在单碱基对分辨率的尺度下，绘制核小体的位置对于了解许多生物学进程，比如RNA聚合酶活性，转录因子结合动力学，DNA复制和基因剪接具有重要的意义。但是目前已有的绘制核小体的方法并不能在单碱基对这个精度上分析核小体位置。目前最常见用于核小体定位绘图的方法主要是通过对染色质使用微球菌核酸酶（Micrococcal nuclease，MNase），来消化没有受到组蛋白核心保护的DNA序列，这样就能通过分析未消化DNA序列片段，间接了解核小体的位置。

这种方法虽然能了解核小体，但是并不精确，因为存在读长变化大，核小体瞬间解体等方面的问题。而最新这篇文章开发的这种新型全基因组绘图方法，则能在单碱基对分辨率尺度下，直接靶向核小体中心位置。这一技术源自早期利用局部羟基自由基绘制重组单核小体中心位置的方法。

（生物通：张迪）

原文摘要：

A map of nucleosome positions in yeast at base-pair resolution

The exact positions of nucleosomes along genomic DNA can influence many aspects of chromosome function. However, existing methods for mapping nucleosomes do not provide the necessary single-base-pair accuracy to determine these positions. Here we develop and apply a new approach for direct mapping of nucleosome centres on the basis of chemical modification of engineered histones. The resulting map locates nucleosome positions genome-wide in unprecedented detail and accuracy. It shows new aspects of the in vivo nucleosome organization that are linked to transcription factor binding, RNA polymerase pausing and the higher-order structure of the chromatin fibre.

Genome-wide Nucleosome Specificity and Directionality of Chromatin Remodelers

How chromatin remodelers cooperate to organize nucleosomes around the start and end of genes is not known. We determined the genome-wide binding of remodeler complexes SWI/SNF, RSC, ISW1a, ISW1b, ISW2, and INO80 to individual nucleosomes in Saccharomyces, and determined their functional contributions to nucleosome positioning through deletion analysis. We applied ultra-high-resolution ChIP-exo mapping to Isw2 to determine its subnucleosomal orientation and organization on a genomic scale. Remodelers interacted with selected nucleosome positions relative to the start and end of genes and produced net directionality in moving nucleosomes either away or toward nucleosome-free regions at the 5 and 3 ends of genes. Isw2 possessed a subnucleosomal organization in accord with biochemical and crystallographic-based models that place its linker binding region within promoters and abutted against Reb1-bound locations. Together, these findings reveal a coordinated position-specific approach taken by remodelers to organize genic nucleosomes into arrays.