研究组蛋白分子伴侣FACT在DNA复制耦联的核小体组装通路的作用机制

DNA replication coupled (RC) nucleosome assembly plays an important role in epigenetic inheritance and maintenance of genome integrity. However, it remains largely unknown how RC nucleosome assembly is regulated. Histone chaperones including CAF-1 and Rtt106，have prominent roles in the RC nucleosome assembly. However, cells lacking CAF-1 and Rtt106 are not essential, suggesting that additional chaperone exist in cells to promote RC nucleosome assembly. FACT is another histone chaperone that is known to be involved in gene transcription and DNA replication. Our preliminary data show that FACT binds newly synthesized histones in vivo and interacts with CAF-1 and RTT106 (two key factors involved in RC nucleosome assembly) genetically. These results support a model that FACT functions in RC nucleosome assembly. In this proposal, we will focus on determining how FACT recognizes modifications on newly synthesized histones, deposits newly synthesized histones onto chromatin, and coordinates with other factors including CAF-1 and Rtt106 to function in RC nucleosome assembly. We expect that successful completion of these aims will provide novel insight into RC nucleosome assembly and the inheritance of epigenetic information.

DNA复制耦联的核小体组装是表观遗传信息传承的关键一环，对维护基因组的稳定性非常重要，然而该过程是如何被精确调控的，还存在大量的未知。我们的前期工作表明，组蛋白分子伴侣FACT可以结合新合成的组蛋白，并且和另外两个参与DNA复制耦联的核小体组装因子CAF-1和Rtt106协同互作，共同维持基因组的稳定性，暗示其可能参与了DNA复制耦联的核小体组装。因此，本项目拟从鉴定FACT如何识别新合成的组蛋白入手，剖析FACT在新合成的组蛋白的呈递过程中的作用，最终阐释FACT如何与其他蛋白/通路协作参于DNA复制耦联的核小体组装。成功完成此项目将帮助完善DNA复制耦联的核小体组装路径，加深对表观遗传信息传承的分子机制研究。

细胞的增殖和分化都伴随着细胞分裂，在细胞周期S期发生了DNA的忠实复制和染色质携带的表观遗传信息的弹性复制，而且表观遗传信息在子代间的分配也具有弹性。新合成DNA上的核小体是和DNA复制紧密偶联的，是染色质复制的第一步，关键一步。数据表明，这一过程的失调与多种疾病相关，包括肿瘤、早衰等，因此研究染色质复制和表观遗传信息传递有助于解析人类重要疾病发生和发展的分子机理。本基金支持我们实验室在以下几个方面进行探讨：.1）,完善了RC-核小体组装途径。我们发现组蛋白分子伴侣FACT参与“新”组蛋白的RC-染色质组装，这些结果改变二十多年来以CAF-1为主的观点，提供一条新的组蛋白呈递的通路，深入剖析FACT、Rtt106和CAF-1之间的协作机制。染色质复制是表观遗传信息传递的调控窗口，新通路不仅完善新合成组蛋白呈递途径，也为调控子代表观遗传信息提供了可能。 (Cell Reports，2016).2），揭示FACT参与转录调控的新机制。FACT复合物最初被发现与RNA 聚合酶 II共沉淀且可以辅助转录。我们通过全基因组nucleosome positioning 和RNA-seq等方法发现FACT通过维持核小体的稳定抑制一组SNT转录来调节基因组转录，本研究对于理解高等真核生物非编码RNA（尤其是增强子处eRNA）的产生机制有积极参考意义(Molecular and Cellular Biology，2016)。.3），FACT在异染色质建成过程中的功能。我们发现在酵母细胞中组蛋白分子伴侣FACT复合物参与异染色质建成，对于招募Sir2p、Sir3p和Sir4p到异染色质建成位点起始异染色质建成很重要（Protein & Cell, 2017）。.4），解释DNA复制和核小体组装的偶联机制。组蛋白分子伴侣接触复制叉将H3-H4送到子链dsDNA是理解DNA复制和核小体组装偶联机制的关键。我们发现RPA可以结合CAF-1、FACT和Rtt106，也结合组蛋白H3-H4促进新合成子链的核小体组装，参考RPA在复制叉的位置及其包裹ssDNA形成的平台，阐明RPA是DNA复制和核小体组装偶联的关键。此研究有助于理解DNA复制机器和核小体组装机器的“对话”，而且RPA作为一个“接口”，实现“新”、“旧”组蛋白的分配，理解表观遗传信息的传递提供指导（Science，2017）。