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在细胞生物学研究中，为探究 Scc2 - 黏连蛋白（cohesin）相互作用在染色体上的调控机制及其生理后果，研究人员开展了相关研究。结果发现，Wpl1 和 Eco1 双缺失会导致 Scc2 - 黏连蛋白共定位，扩大着丝粒周围 DNA 环并延迟染色体分离，这对理解染色体折叠和分离机制意义重大。
在细胞的微观世界里，染色体的行为一直是生命科学领域的研究热点。近年来，随着像 Hi-C 这样的全基因组染色体构象捕获技术的发展，科学家们逐渐揭开了染色体高级折叠的神秘面纱。研究发现，DNA 环和亚兆碱基尺度的自相互作用区域广泛存在于各种生物中，被认为是染色体结构的基本特征。黏连蛋白作为染色体结构维持（SMC）蛋白复合物的一员，在 DNA 环和拓扑相关结构域（TAD）的形成中发挥着关键作用。它就像一个勤劳的 “建筑师”，在 ATP 和 Scc2-Scc4 二聚体的帮助下，将 DNA 构建成复杂的环结构。
然而，在这一研究领域，仍有许多谜团等待解开。在芽殖酵母中，大部分与染色体结合的黏连蛋白并不与 Scc2 结合，这与哺乳动物中的情况大不相同。那么，Scc2 - 黏连蛋白的相互作用在芽殖酵母染色体上是如何被调控的呢？这种调控机制的异常又会引发哪些生理后果呢？为了回答这些问题，来自东京大学定量生物科学研究所等机构的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《iScience》杂志上，为我们理解染色体的奥秘提供了重要线索。
研究人员主要运用了校准染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq）和 Micro-C 技术。ChIP-seq 技术能够帮助研究人员确定蛋白质在基因组上的结合位点，就像是给蛋白质在染色体上的 “落脚点” 做了标记；而 Micro-C 技术作为 Hi-C 的改进版本，则可以更清晰地揭示染色体的折叠情况，让研究人员能够 “看清” 染色体的三维结构。
研究结果如下：
- Scc2 与黏连蛋白共定位的调控：通过 ChIP-seq 分析，研究人员发现，同时敲除 Wpl1 和 Eco1 这两个已知的黏连蛋白调节因子，会促使 Scc2 与黏连蛋白在中期共定位，特别是在着丝粒周围。这种共定位需要同时缺失 WPL1 和 ECO1，单独敲除其中任何一个都不会出现这种现象。而且，Scc2 与黏连蛋白的共定位在中期特异性出现，在 S 期则观察不到。进一步研究发现，Eco1 的有丝分裂功能对于阻止 Scc2 与黏连蛋白的共定位至关重要，在中期耗尽 Eco1 会促进二者共定位。
- 对 DNA 环结构的影响：利用 Micro-C 技术，研究人员发现，Wpl1 和 Eco1 双缺失（Δwpl1 Δeco1）会导致着丝粒周围 DNA 环显著扩大。在野生型细胞中，主要是短的 DNA 环连接相邻的黏连蛋白结合位点，而在 Δwpl1 Δeco1 突变体中，这些短环大量消失，取而代之的是连接着丝粒区域和染色体上特定位置的更长的 DNA 环。这些新出现的环的锚定位点与 Scc2 和黏连蛋白的共定位位点相关，表明二者的共定位与新 DNA 环的出现密切相关。此外，研究还发现，基因转录会影响环的扩展，朝向着丝粒转录的长基因能够阻碍环的扩张，而 Δwpl1 Δeco1 突变体中扩展的环能够突破这些阻碍。
- 对染色体分离的影响：研究人员通过实验观察到，Δwpl1 Δeco1 细胞在有丝分裂染色体分离过程中出现延迟。这是因为扩展的着丝粒周围 DNA 环会阻碍核分裂的顺利进行，而在中期特异性耗尽 Scc2 能够部分挽救这种延迟现象。这表明，依赖 Scc2 功能形成的扩展 DNA 环对染色体分离产生了负面影响。
在研究结论和讨论部分，研究人员指出，在野生型芽殖酵母中，Scc2 与黏连蛋白在染色体臂上通常不共定位。但在 Δwpl1 Δeco1 菌株中，二者出现共定位，这表明在这种情况下 Scc2 与黏连蛋白的结合更加稳定。Eco1 通过乙酰化 Smc3 来减弱 Scc2 与黏连蛋白的相互作用，而 Wpl1 则可能通过削弱 Pds5 与黏连蛋白的相互作用，促进 Scc2 与黏连蛋白的结合。研究还发现，Δwpl1 Δeco1 菌株中观察到的扩展着丝粒周围环是增强的环挤出活性的结果，Scc2 相关的黏连蛋白保持 ATP 酶活性，持续进行环挤出反应，从而导致 DNA 环的扩展。虽然研究结果与环挤出机制相符，但也不能排除扩展的着丝粒周围环通过环捕获机制形成的可能性，这还需要进一步的实验来验证。此外，研究还表明，通过限制着丝粒周围 DNA 环的大小，Wpl1 和 Eco1 在促进染色体分离的顺利进行中发挥着重要作用。在有丝分裂过程中，Eco1 不仅在 S 期对建立姐妹染色单体的黏连至关重要，在中期也需要其发挥功能来限制着丝粒周围 DNA 环的扩张。
总的来说，这项研究揭示了 Wpl1 和 Eco1 协同调节 Scc2 - 黏连蛋白相互作用，限制着丝粒周围 DNA 环大小，并促进染色体分离的重要机制。它为我们理解染色体的高级结构和功能提供了新的视角，也为后续研究染色体相关疾病的发病机制和治疗策略奠定了基础。
