aBIOTECH丨周岳课题组发文发揭示南芥PRC1核心组分BMI1s与condensin复合体共同调节染色质结构及基因表达

　　

正确的染色质状态对维持基因组稳定和保证基因正常转录至关重要。PcG（Polycomb group）家族蛋白不仅通过添加组蛋白修饰，也通过调节染色质三维结构来影响染色质状态。PRC1（Polycomb repress complex 1）复合体的核心组分BMI1s（B LYMPHOMA MOLONEY MURINE LEUKEMIA VIRUS INSERTION REGION 1 HOMOLOG 1A/B/C）是拟南芥中的E3泛素连接酶，介导H2AK121ub的添加。同时，在三维结构方面，BMI1s也被报道对CD（Compartment domain）结构具有普遍的维持作用，但是其具体的作用机制仍不清楚。condensin复合体为SMC（Structural maintenance of chromosome）复合体的一种，保守存在于原核及真核生物中，因其在分裂期压缩染色质的能力而得名，但其在间期对染色质的调节作用研究相对落后。

2025年2月17日，基因功能研究与操控全国重点实验室、北京大学现代农学院、北京大学-清华大学生命科学联合中心周岳课题组在aBIOTECH上发表了题为“BMI1s interact with condensin complexes to regulate chromatin 3D structure and gene expression in Arabidopsis”的研究论文。揭示了BMI1s与condensin复合体共同维持拟南芥CD结构，为基因正常转录提供合适的染色质环境。

周岳课题组首先通过酵母双杂交筛选到BMI1A的互作蛋白condensin复合体组分CAP-H（Chromosome-associated protein-H），猜测BMI1s与condensin复合体可能通过互作进行一系列共调控。拟南芥中存在condensin Ⅰ和Ⅱ两种condensin复合体，由同源但不同的非SMC蛋白（CAP-D2/D3, G/G2, H/H2）分别与共享组分SMC2和4组成，因此该研究在体外同时验证了BMI1A与CAP-H/H2的互作。通过比较bmi1a/b/c和condensin突变体内的组蛋白修饰水平，发现BMI1s与condensin Ⅰ和Ⅱ均不能够共调控H3K27me3或H2AK121ub这两种PcG介导的组蛋白修饰。

图1 BMI1A与condensin复合体组分CAP-H/H2互作

此后，该研究通过Hi-C实验，发现BMI1s与condensin Ⅰ和Ⅱ均可以维持CD结构内部染色质相互作用。除此以外，BMI1s与condensin复合体调控的CD绝大部分重合，二者互作并共调控了染色质三维结构。在野生型拟南芥中，BMI1s、condensin Ⅰ和Ⅱ共调控的CD强度高于任意两个复合体或某个复合体单独调控的CD，说明一些高强度的CD可能需要BMI1s与condensin的共同维持，以保证基因组稳定和正常转录。

图2 BMI1s与condensin复合体共同维持CD结构

最后，该研究还观察到BMI1s与condensin复合体的破坏均会导致一系列基因的转录异常，主要体现为环境响应基因。根据近期研究显示，冷胁迫等刺激下，染色质结构被精细调控以响应胁迫，而整体三维基因组仍保持稳定，该研究猜测BMI1s与condensin复合体协同稳定胁迫下的染色质3D结构。

图3 BMI1s与condensin复合体共同维持一系列基因表达

北京大学现代农学院周岳研究员为论文通讯作者。北京大学现代农学院博士研究生骆凌潇和杨敏琪为本文并列第一作者。该研究得到国家自然科学基金、科技创新2030-重大项目、中国科学院青年交叉团队、基因功能研究与操控全国重点实验室、北京大学现代农学院、北京大学-清华大学生命科学联合中心的资助。

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