佘群新：真核生物3D基因組揭示更高級的染色體結構

　　iNature

　　2019年9月19號，山東大學生物技術研究院佘群新團隊在Cell發表了題為Crenarchaeal 3D Genome: A Prototypical Chromosome Architecture for Eukaryotes的評論性文章。在本期Cell中，Takemata等人。證明聚結素(ClsN)，促進了更高水平的染色體組織，它與后生動物比細菌具有更大的相似性。他們的研究揭示了古埃及人染色體組織的生物學功能，并對真核細胞染色體分裂的進化提供了見解。

　　在真核生物中，這些研究揭示了三維(3d)基因組拓撲結構的三個遠距離水平：(1)染色體劃分的最上層，其中轉錄活躍區和不活躍區的染色體間隔被分隔成不同的核位置；(2)第二層，即形成具有清晰邊界的豐富接觸頻率平方的拓撲關聯域(TADS)；(3)基本水平的相互作用，稱為峰或環，通常可見于TAD方格角的焦點富集。然而，在細菌中，較高水平的染色體組織化僅限于形成自我相互作用的結構域，以擠壓環的形式出現。

　　有趣的是，在這一期的Cell中，Takemata等人(2019)通過對三維基因組的研究，表明crenarchaeal染色體在細胞中被劃分為兩個空間分布不同的小室。原核細菌雖然是原核生物，但可能采用了真核生物所觀察到的所有三種染色體組織，這與其姐妹原核生物細菌的染色體組織形成了嚴格的對照。

高級染色體結構

　　細菌3D基因組顯示由Oric(細菌染色體上復制的唯一來源)向復制末端(TER)方向的定向凝聚素介導的環擠壓。由于在進行基因組分離和細胞分裂之前，oric必須在快速生長的細菌細胞中進行多次分裂，由此產生的含有oric的染色體片段構成了細菌染色體上最有組織的區域。這種染色體結構確保細菌能夠有效地控制染色體復制，并將其與基因組分離相結合，這是細菌細胞周期的主要限制因素。有趣的是，在這些細胞中重新啟動染色體復制也會產生一個基因劑量梯度，使得在Oric-近端位置的基因拷貝數高于在Oric-遠端位置的基因拷貝數，這將最終在細胞周期中產生整個染色體上的差異基因表達。

　　真核細胞型染色體分離的發現引起了許多突出的研究問題。例如，鑒于它們的高水平染色體組織必須涉及其他蛋白質參與者，如細菌和真核生物，它們的身份是什么？染色體結構的重組是否像真核生物中的組織特異性表達一樣，作為調節環古菌基因組表達的機制？在那些缺乏SMC凝聚蛋白和類似ClsN蛋白的古細菌中，染色體是如何組織的？重點研究將揭示這些問題的答案在未來數年。