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组蛋白H2A化学修饰及变体对染色质结构建立及其动态调控的分子机制研究
结题报告
批准号:
31471218
项目类别:
面上项目
资助金额:
95.0 万元
负责人:
陈萍
学科分类:
C0601.遗传物质结构与功能
结题年份:
2018
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
董立平、梁丹、王敏、邓文强、温增麒、熊朝阳、阮海荷、冯红丽
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中文摘要
真核细胞基因组DNA与组蛋白组装形成染色质。所有有关DNA的生命活动都在染色质这个结构平台上进行。在高等生物发育过程中,细胞通过调控染色质结构,选择性进行基因沉默与激活,控制细胞自我维持或定向分化。研究染色质结构建立及其动态调控的分子机制对于理解这些过程具有非常重要的生物学意义。虽然目前染色质结构单元核小体的结构已被解析,但是核小体结构的建立、重塑及动态调控机制仍然并不清楚。而且对于染色质二级结构30nm染色质纤维的结构及动态调控的研究还非常有限。本项目基于染色质体外重建系统,应用生物物理和生物化学技术,包括分析超速离心、高精度冷冻电镜、单分子光学和力学等,结合细胞内染色质结构功能研究,系统研究组蛋白H2A化学修饰及变体对染色质结构动态调控的分子机制。通过本项目研究,我们将建立一套研究染色质分子结构及其动态调控的技术平台,为探讨其它重要表观遗传现象对染色质结构和功能调控的分子机制奠定基础。
英文摘要
In eukaryotes, genomic DNA is highly packaged into chromatin by histones to fit inside the nucleus. Dynamics of the chromatin structure plays a critical role in all DNA-related biological processes including transcriptional regulation, DNA replication and DNA repair. The transcriptional signatures of cells are highly regulated by the dynamic organization of chromatin structures, which also play particular important roles in cell fate determination/maintenance during embryonic stem (ES) cell programming and reprogramming processes. Thus, to investigate the establishment of chromatin structures and their dynamic regulation is a central question in the field of cell biology and epigenetics. Although the crystal X-ray studies have defined the structure of nucleosomes, the basic units of chromatin, the establishment and remodelling of the structure and its epigenetic regulations in nucleosome level are still remained to be addressed. In addition, how the primary structure of chromatin, a beads-on-a-string nucleosomal fiber compacted into a condensed 30nm chromatin fiber, the secondary structure of chromatin and how this process is regulated by different epigenetic mechanisms are still obscure. In this project, based on an in-vitro chromatin reconstitution system we have successfully developed, we are going to extensively investigate the molecular mechanism on the establishment of chromatin structure (including the mono-nucleosome and 30nm chromatin fibers) and its epigenetic regulation (focusing on the histone variant H2A.Z and H2A ubiquitination) using molecular biology, biophysics and biochemistry techniques, including the analytical ultracentrifugation, EM/cryo-EM and single-molecular FRET imaging and magnetic tweezers. Through this study, we will try to establish a new research platform to identify the molecular mechanism of the formation and dynamics of chromatin structures and its functions in transcriptional regulation.
真核细胞基因组DNA与组蛋白组装形成染色质。所有有关DNA的生命活动都在染色质这个结构平台上进行。在高等生物发育过程中,细胞通过调控染色质结构,选择性进行基因沉默与激活,控制细胞自我维持或定向分化。研究染色质结构建立及其动态调控的分子机制对于理解这些过程具有非常重要的生物学意义。本项目研究主要基于染色质体外重建系统,应用生物物理和生物化学技术,包括分析超速离心、高精度冷冻电镜、单分子磁镊技术等,结合细胞内染色质结构功能研究,系统研究了1.染色质结构建立及维持的分子机制:发现染色质纤维结构在力学作用下逐级变化,首先在小力(~3pN)作用下形成稳定的四聚核小体结构单元,该结构单元形成高度可逆;进一步加大力到10pN核小体外圈打开,核小体外圈打开过程可逆;再加大力到15pN以上核小体内圈打开,核小体内圈打开不可逆(Mol.Cell 2016,Biophys Rep 2018)。2.染色质结构受分子伴侣FACT及病毒蛋白IE1调控的分子机制:发现FACT可以调控四聚核小体结构单元的稳定性,并进一步破坏核小体结构,维持核小体结构完整,促进基因转录活性(Mol.Cell 2018);而病毒蛋白IE1作用在核小体表面的酸性区域,进而调控四聚核小体结构单元之间的相互作用,破坏染色质高级结构(eLife 2016)。3.组蛋白H2A变体H2A.Z及其泛素化修饰对染色质结构与功能调控的分子机制:发现H2A的变体H2A.Z可以促进染色质折叠形成更为紧密的染色质高级结构,并进一步促进多梳复合物PRC2甲基化H3K27的酶活,在干细胞发育分化过程中发挥重要的作用(BMC Biology 2018);H2A的K119位的单泛素化修饰本身破坏染色质折叠,但是另一方面却可以和连接组蛋白H1协同作用,形成更为紧密的染色质高级结构,进而调控基因表达活性。通过本项目研究,我们成功建立了一套研究染色质分子结构及其动态调控的技术平台,为探讨其它重要表观遗传现象对染色质结构和功能调控的分子机制奠定了坚实的基础。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.1101/sqb.2017.82.033795
发表时间:2017
期刊:Cold Spring Harbor symposia on quantitative biology
影响因子:--
作者:Ping-Yen Chen;Guohong Li
通讯作者:Ping-Yen Chen;Guohong Li
DOI:10.1007/s41048-018-0064-0
发表时间:2018-08
期刊:Biophys Rep
影响因子:--
作者:Xue Xiao;Liping Dong;Yi-Zhou Wang;Peng-Ye Wang;Ming Li;Guohong Li;Ping Chen;Wei Li
通讯作者:Wei Li
UBN1/2 of HIRA complex is responsible for recognition and deposition of H3.3 at cis-regulatory elements of genes in mouse ES cells.
HIRA 复合体的 UBN1/2 负责在小鼠 ES 细胞基因的顺式调控元件处识别和沉积 H3.3
DOI:10.1186/s12915-018-0573-9
发表时间:2018-10-03
期刊:BMC biology
影响因子:5.4
作者:Xiong C;Wen Z;Yu J;Chen J;Liu CP;Zhang X;Chen P;Xu RM;Li G
通讯作者:Li G
Human cytomegalovirus IE1 protein alters the higher-order chromatin structure by targeting the acidic patch of the nucleosome
人巨细胞病毒 1E1 蛋白通过靶向核小体的酸性斑块改变高级染色质结构
DOI:10.7554/elife.11911
发表时间:2016-01-26
期刊:ELIFE
影响因子:7.7
作者:Fang, Qianglin;Chen, Ping;Xu, Rui-Ming
通讯作者:Xu, Rui-Ming
Functions of FACT in Breaking Nucleosome and Maintaining Its Integrity at Single-nucleosome Level
FACT 在单核小体水平上断裂核小体并保持其完整性的功能
DOI:--
发表时间:2018
期刊:Mol. Cell
影响因子:--
作者:Chen Ping;Dong Liping;Hu Mingli;Wang Yizhou;Xiao Xue;Zhao Zhongliang;Yan Jie;Wang Pengye;Reinberg Danny;Li Ming;Li Wei;Li Guohongli
通讯作者:Li Guohongli
组蛋白分子伴侣FACT对染色质结构及基因功能调控的分子机制研究
CENP-A对着丝粒染色质表观遗传调控的分子机制研究
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