陳柱成／李雪明SNF2介導的染色質重塑中DNA滑移的機理

　　2019年3月13日，清華大學生命科學學院陳柱成課題組、李雪明課題組以及中科院物理所李明課題組合作在Nature上發表了題為Mechanism of DNA translocation underlying chromatin remodeling by Snf2的研究論文，析了不同核苷酸狀態下Snf2-核小體復合物的冷凍電鏡結構，揭示了Snf2介導的染色質重塑中DNA滑移的機理。

　　在前期研究基礎上，陳柱成與李雪明實驗室合作，利用冷凍電鏡技術，進一步確定了在不同核苷酸（ADP和ADP-BeFx）狀態下Snf2-核小體復合物的高分辨結構（圖1）。

圖1 ADP（左圖）和ADP-BeF（右圖）狀態下Snf2-核小體復合物整體結構

　　他們發現在一個ATPase循環過程中，Snf2存在打開-閉合的構象變化。在打開狀態下，Snf2在核小體結合點(SHL2)引起1bp DNA的凸起，這個形變沿DNA鏈向入口端傳遞，使得 1bp DNA被拉入核小體。而且DNA前導鏈比后隨鏈有更明顯的移動，顯示DNA的“扭曲－滑移”運動。ADP-BeFx的結合導致酶構象閉合，核小體恢復到自然狀態，沒有明顯的扭曲。Snf2介導的這種DNA運動模式超出一般想象。

　　為了確認上述實驗結果，陳柱成與中科院物理所李明實驗室合作，利用單分子熒光技術(smFRET)確認了溶液狀態的DNA運動與冷凍電鏡結構一致。最后，研究者提出了染色質重塑的兩步走”DNA波”模型（圖2）：第一步，ATP水解，Snf2張開，把DNA從入口端拉進，并在SHL2處儲存1bp DNA形變（“DNA波”）；第二步，ATP結合，Snf2關閉，使得DNA形變向出口端傳遞，就像水波沿湖面傳遞一樣,最終實現DNA對組蛋白的相對移動。

圖2 Snf2介導的核小體滑動模型

　　這個模型表明Snf2水解一個ATP，移動1bp DNA。同時也解釋了DNA移動的方向性機制。總之，本論文解答了染色質重塑過程中DNA移位的基本原理，相信此研究結果在染色質領域會有非常廣泛的影響。

　　據悉，清華大學生命學院陳柱成研究員、李雪明研究員以及中科院物理所李明研究員為本文共同通訊作者。清華大學生博士生李美靜，夏顯，田元元和劉曉玉，以及中科院物理所博士生賈棋為本文共同第一作者。