中大新聞網訊（通訊員李陳龍）Switch defective/sucrose non-fermentable（SWI/SNF）復合體是一個進化上保守的由多亞基組成的ATP依賴性染色質重塑復合體。它通過ATP水解提供能量重塑染色質結構, 從而對基因轉錄進行調控。植物SWI/SNF亞基在細胞分化、發育和對各種環境信號的反應中起著關鍵作用，它們的突變導致葉片發育、根干細胞維持、花形態形成、胚胎發育以及營養體到成體階段的轉變等方面的嚴重缺陷。然而，這些亞基的突變如何改變植物SWI/SNF復合體在染色質上的功能并導致發育受損和對環境刺激響應缺陷的分子機制仍然未知。此外，植物的SWI/SNF亞復合體的活性和基因組靶向是否以及如何相互協調以調節染色質結構和基因表達也知之甚少。最后，植物SWI/SNF亞復合體的組裝的過程及機制也完全不清楚，同樣也阻礙了對植物SWI/SNF復合體功能的理解和認識。
近日，中山大學生命科學學院李陳龍課題組分離及鑒定了植物SWI/SNF亞復合體、解析了它們的靶基因結合異同及相互調控機制、初步探索了它們的亞基組裝過程及機制。
為了表征三種不同的植物SWI/SNF復合體并確定其亞基組成的差異是否會導致不同的基因組靶向，該研究通過染色質免疫沉淀結合高通量測序（ChIP-seq），繪制了SAS、MAS和BAS亞復合體的全基因組靶基因圖譜。發現三種植物SWI/SNF亞復合體在染色質上既有重疊也有特異性的基因組靶向性，另外三種SWI/SNF亞復合體在靶基因上的結合位置也存在差異。同時該研究也發現SAS亞復合體的突變會導致BAS亞復合體的結合往上游啟動子區域偏移，揭示了BAS亞復合體的基因組定位依賴于SAS亞復合體；另外，BAS亞復合體的突變會導致SAS亞復合體在它們共靶基因上的結合強度下降（圖1）。
同時，該研究通過研究SAS亞復合體的組裝情況，證明了SAS亞復合體核心模塊亞基SWI3D在SAS亞復合體穩定中的關鍵作用（圖2）。SWI3D丟失使SAS復合體解體，同時會破壞SYD在靶基因上的結合；另一方面，刪除SWI3D 的SANT結構域會破壞SWI3D-SYD之間的相互作用從而導致SWI3D蛋白質豐度的降低. 因此，推測可能與哺乳動物SWI/SNF復合體組裝不一致，植物中的ATP酶催化亞基可能穩定核心模塊的組裝。為了驗證這種可能性，將syd-5突變體引入SWI3D-GFP轉基因植株中。令人驚訝的是，發現在缺少SYD催化亞基的情況下，SWI3D-GFP蛋白水平顯著降低，這表明SAS亞復合體中的ATP酶對核心模塊的穩定起著至關重要的作用（圖3）。
綜上所述，該研究系統研究了三種不同的擬南芥SWI/SNF亞復合體（SAS、MAS和BAS）的靶基因結合機制并初步探索了它們的組裝機制。通過全面比較三個亞復合體的染色質結合圖譜，發現SAS、MAS和BAS亞復合體在靶基因上顯示出不同的靶基因結合模式，并定位于具有不同組蛋白修飾的染色質以及可能具有潛在的復合體特異功能。此外，SAS亞復合體與BAS亞復合體在靶基因結合上相互調控，為理解不同SWI/SNF亞復合體的基因組靶向如何協調染色質結構調控提供了新的見解。最后，該工作發現SAS的核心模塊和ATP酶模塊在它們的組裝中相互依賴，共同維持植物復合體的完整性。總之，這些發現證明了SWI/SNF染色質重塑復合體在真核生物進化過程中的差異性，并為全面理解植物SWI/SNF復合體的組裝、基因組靶向和功能奠定了基礎。
近日，該研究以“Organization, genomic targeting, and assembly of three distinct SWI/SNF chromatin remodeling complexes in Arabidopsis”為題在The Plant Cell發表。該研究得到了國家自然科學基金，博士后創新人才支持計劃以及廣東省基礎與應用基礎研究聯合基金的資助。
