两位华人教授最新Cell介绍新技术：胚胎干细胞中的核小体

　　来自美国西北大学的研究人员的研究人员介绍了一种新研发的化学生物学方法，为研究哺乳动物细胞中核小体如何介导基因调控提供了一个宝贵的资源。

　　

生物通报道：高等生物的细胞核负责储存基因组DNA，这些DNA环绕着由四种组蛋白组成的八聚体，形成碟状的核小体结构。核小体的组织影响了基因活性，因此也是科学家们关注的研究领域之一。

近日，来自美国西北大学的研究人员的研究人员介绍了一种新研发的化学生物学方法，为研究哺乳动物细胞中核小体如何介导基因调控提供了一个宝贵的资源。

这一研究成果在线公布在11月23日的Cell杂志上，领导这一研究的分别是西北大学分子生物学系的王孝忠（Xiaozhong Wang，音译）教授与西北大学统计学系的王吉平（Ji-Ping Wang，音译）教授。

在我们的细胞中，DNA被折叠成数百万个小数据包，就像一根线上的珠子，使我们2米长的线性基因基因组，能够纳入一个直径只有约0.01毫米的细胞核中。然而，这些分子珠子，称为核小体，使DNA变得“不可读”。 因此，它们需要暂时无家可归，让基因被复制（转录）到用来制造蛋白质的信息中，解析这些结构组装对基因转录的影响，具有重要意义。

在这篇文章中，研究人员介绍了一种新研发的化学生物学方法，这种方法能确定哺乳动物核小体在基因组中的位置，从中研究人员揭示了胚胎干细胞中核小体组装的一些令人惊讶的特征，这为研究哺乳动物细胞中核小体如何介导基因调控提供了一个宝贵的资源。

研究人员发现不同于之前的理论模式，对于小鼠几乎所有的基因来说，一种脆性核小体占据了转录起始位点和终止位点，这是之前认为核小体删除的区域。核小体还占据了DNA结合蛋白，比如CCCTC-binding factor (CTCF)和多能因子的靶标位置。

此外，研究人员还证明启动子近端核小体以特殊的+1核小体形式，引发了RNA聚合酶II的停顿，并且也发现了外显子内含子连接处的核小体的一个新特征。

由此研究人员指出，这一研究构建了一种定义核小体整体图谱的新精确方法，将为研究哺乳动物细胞中核小体如何介导基因调控提供了一个宝贵的资源。

关于核小体的研究有很多，比如日内瓦大学的研究人员曾分析了核小体动力学的控制机制以及对基因表达的影响。他们发现，所有启动子可被分为两种截然不同的类型，差别在于它们核小体稳定的状态。一种类型，以动态的、不稳定的核小体为特征，存在于高表达的基因上，如那些涉及细胞生长和分裂控制的基因。其他的类型，其中包含知名的稳定核小体，位于较少表达基因上。研究人员在《Molecular Cell》杂志上发表文章，描述了核小体去稳定作用相关的不同分子之间的相互作用。为什么有些基因高表达？

还有莱斯大学的一项研究表明，一个将DNA双链存储成紧凑线轴的蛋白复合物，可部分地解开自身，以帮助基因将自己呈现给专门的蛋白质和酶用以激活。研究人员利用他们的能量图景模型，根据核小体的组分DNA和蛋白质，来模拟核小体的分解机制。景观图展现了一种蛋白质折叠和发挥作用时所采用的所有可能形式的能量。来自能量图景理论的概念见解，已经应用在一个开放源的生物分子建模框架中，称为AWSEM Molecular Dynamics。美国知名院士JACS核小体研究新进展

（生物通：万纹）

原文摘要：

Insights into Nucleosome Organization in Mouse Embryonic Stem Cells through Chemical Mapping

Nucleosome organization influences gene activity by controlling DNA accessibility to transcription machinery. Here, we develop a chemical biology approach to determine mammalian nucleosome positions genome-wide. We uncovered surprising features of nucleosome organization in mouse embryonic stem cells. In contrast to the prevailing model, we observe that for nearly all mouse genes, a class of fragile nucleosomes occupies previously designated nucleosome-depleted regions around transcription start sites and transcription termination sites. We show that nucleosomes occupy DNA targets for a subset of DNA-binding proteins, including CCCTC-binding factor (CTCF) and pluripotency factors. Furthermore, we provide evidence that promoter-proximal nucleosomes, with the +1 nucleosome in particular, contribute to the pausing of RNA polymerase II. Lastly, we find a characteristic preference for nucleosomes at exon-intron junctions. Taken together, we establish an accurate method for defining the nucleosome landscape and provide a valuable resource for studying nucleosome-mediated gene regulation in mammalian cells.