与核小体结合的INO80的结构
巴塞洛缪实验室
布莱恩巴塞洛缪博士。
首席研究员
研究区188bet体育网址
- 表观遗传学研究188bet体育网址
- 染色质Remodelers研究188bet体育网址
- 生物化学研究188bet体育网址
- 组蛋白修饰研究188bet体育网址
- 染色质的研究188bet体育网址
该缪实验室研究ATP依赖的染色质重塑复合物，以及它们如何调动和重组核小体的结构和功能。Given the size and complexity of these remodelers, it has been essential to invest in next-generation sequencing and epigenomic technologies (e.g. ChIP-seq, ATAC-seq, PRO-seq, Hi-ChIP and PLAC-seq) as well as to develop novel approaches for defining physical interactions between chromatin remodelers and their nucleosomal substrates and how each impacts the other during remodeling.
这个问题
最近表观遗传学领域的崛起已经表明，生物发育，细胞分化，和人类疾病不仅取决于个人的编码基因DNA，同时也对DNA是如何包装成染色质和访问包装的DNA是如何被调控。一个关键的类后生监管机构是ATP依赖的染色质remodelers。这个类包括大量使用来源于ATP水解重塑和/或重新配置的染色质的能量的蛋白质复合物。这些蛋白质复合物的规模从约300 kDa至> 1 MDA，属于四大系列：SWI / SNF，ISWI，CHD和INO80。我们面临的挑战是定义关于他们如何他们重组染色质和如何招募到不同的基因组位点的相似性和这些复合物之间的差异。虽然我们已经学到了一些有关这些复合物的基本机制，我们才开始了解蛋白质复合物，以及如何在这些复合物基因突变导致癌症和其他疾病中如何操作个人。
pymol制作的视频显示了基于低温电子显微镜的INO80复合体与核小体结合的结构。核染色体DNA呈米色，组蛋白呈红色、紫色、黄色和红色，INO80亚基INO80、Arp5、Ies6、Ies2、Rvb1、Rvb2分别呈品红、橙色、水绿、绿色、浅蓝色和深蓝色。
Circos地图表示酵母内的亚基间的相互作用SWI / SNF复合物，通过化学交联和质谱实验所揭示的。线代表赖氨酸对赖氨酸交联。线的颜色和thickenesses分别突出内的复杂的特定模块和一个特定的交联的恢复的频率，
的方法
该实验室巴塞洛缪采取多管齐下的办法来解开相关的ATP依赖的染色质remodelers问题，以及它们如何影响发育和疾病。他们开始通过分析这些大型染色质的结构和功能重塑使用模型系统，如酵母机酿酒酵母，这提供了详细的生化和结构分析的理想平台。结构/功能关系通常通过突变或更大的复合物的亚单位内或在一个或多个其目标删除各个蛋白质结构域测试随后通过检查这些复合物的活性的两体外和体内。来自酵母的分析获得的信息，然后在哺乳动物系统中使用两个其原始状态，并且当分化成各种细胞类型的小鼠胚胎干细胞（mESCs）进行测试。将细胞使用尖端基因组学和国家的本领域显微镜的组合，以评估突变对细胞活性的影响进行分析（例如转录）和染色质结构（例如染色质结构和组合物，以及整体核组织）。此外，缪实验室经常与谁使用专门的生物物理专家合作方法，如单分子FRET和先进的质谱探测结构动力学和蛋白质相互作用网络
创新与发现
当DNA是由ISW2染色质改造商移动，动作联接到ATP水解，八聚体也失真作为重塑周期的一个关键部分的组蛋白。当组蛋白的移动被限制，核小体重构被捕获在早期中间步骤。
核小体可塑性和ISWI染色质重塑
多年来，核小体一直被认为是刚性体，其保持除了DNA运动，如不变ATP依赖的染色质重塑过程中发生的。该实验室巴塞洛缪最近提供令人信服的证据表明核小体的组蛋白八聚体核心不是刚性的，而是它是动态的。核小体核心的显著扭曲重塑过程的早期发生。当这些失真限制，就不会发生额外的重塑。这些研究主要集中在酵母ISW2并采用了各种办法，包括定向诱变，来捕获重塑中间体，并确定何时以及如何八聚体被扭曲的组蛋白。（有关详细信息，请参阅哈达等人，2019年，细胞代表。）
位点定向DNA交联利用在缪实验室开发的交联的方法（a）定义INO80，（B）Arp8和（C）ARP4（蓝色）和INO80与ATP（棕色），图案。灰色阴影区域示出了基于芯片外，不太精确的方法的交互模式。
INO80复合物中的肌动蛋白相关蛋白(ARPs)是核小体重构的重要传感器和调节因子
INO80是ATP依赖的染色质改造商，不仅在移动DNA核也交流组蛋白的核小体的出，这个过程是转录调控，DNA修复和DNA复制的重要。核肌动蛋白和肌动蛋白的几个相关蛋白（ARP4，ARP5和ARP8）也出现在INO80复杂。
Bartholomew实验室发现ARP4、ARP8和actin形成一个蛋白模块，与外核糖体/连接子DNA结合，并以DNA长度依赖的方式正向调节INO80的核小体动员活性。ARP8和ARP4的一部分与DNA和肌动蛋白相互作用，而部分催化亚基Ino80作为这些ARPs的蛋白支架。他们还发现ARP8和ARP4变构调控ARP5与组蛋白八聚体的结合，这对于将atp酶活性与核小体运动结合是很重要的。（有关详细信息，请参阅梵S，等人，2018，纳特COMMUN。）
该网站，RNA聚合酶II（RNAPII）积极转录SHMT2被映射使用PRO-seq的。在幼稚干细胞（幼稚），RNAPII保持暂停所述启动子的附近。在涂底漆的外胚层来源的干细胞（的EpiSC），暂停被解除，基因被转录。
哺乳动物SWI / SNF复合物通过释放暂停RNA通过远距离染色质相互作用聚合酶II促进了从多能性的出射
在其最新的研究中，巴塞洛缪实验室188bet体育网址发现SWI / SNF版本RNA聚合酶II（RNAPII）暂停在小鼠的胚胎干细胞（mESCs）从地面/原始态涂上底漆/外胚层样状态的转变过程中发育基因。RNAPII的结果从在由SWI / SNF介导的增强子和基因启动子之间长距离的染色质相互作用的改变的释放。他们还发现，如果这些SWI / SNF介导的变化是通过突变SWIF / SNF催化亚基（SMARCA4 / BRG1）重新创建在癌症中常见的突变阻断，然后干细胞分化成的细胞类型，例如神经祖细胞被改变。