染色质重塑BAF复合体中四元核心复合物的装配机理及功能机制研究

Chromatin remodeling complexes use the energy of ATP hydrolyzation to change the structure of nucleosome, which regulating the chromatin accessibility by transcription factors and thereby achieving gene expression regulation. The core complex, including four subunits Brg-1/Brm, BAF47, BAF155 and BAF170,is the key player in the remodeling activities of the BAF complex containing 15 subunits. However, the molecular mechanism of the core complex assembly and regulation remain elusive. Here, we will use multidisciplinary methods to study three following parts: structural and functional studies of BAF170-BAF47 binary complex of human BAF complex; structural and functional studies of Swi3-Snf5 binary complex of yeast SWI/SNF complex; In vitro assembly and structural studies of the core Brg-1/Brm- BAF47-BAF155-BAF170 quaternary complex. Our results will have profound effect on the molecular mechanism of chromatin remodeling and reveal the mechanism of functional conservation and assembly specificity of the BAF complex, and will clarify the developmental process of diseases causing by dysfunction of the BAF complex.

染色质重塑复合物通过水解ATP释放的能量来改变核小体的结构，从而调节转录调控因子等对染色质的可接近性以实现对基因的表达调控。BAF复合体（由15亚基组成）中的核心复合物，包括4个亚基Brg-1/Brm、BAF47、BAF155和BAF170，发挥核心的染色质重塑功能。为了深入理解该核心复合物的装配结构机理和功能机制，我们综合运用多学科交叉手段，研究以下三个方面的内容：人源BAF复合体中BAF170-BAF47二元复合物的结构与功能研究；酵母源SWI/SNF复合体中Swi3-Snf5二元复合物的结构与功能研究；BAF复合体中核心复合物的装配过程研究。本项目的研究成果将为理解染色质重塑的分子机理产生深远影响，并揭示BAF（SWI/SNF）复合体的功能保守性及装配特异性，并为阐明由于BAF复合体功能紊乱而导致的相关疾病的发生发展上提供理论依据和前期积累。

由15个亚基组成的染色质重塑BAF复合体，在细胞命运决定过程中，依赖ATP来调节DNA的可及性并起到微环境依赖的肿瘤抑制功能。BAF复合体的功能从酵母（SWI/SNF复合体）到人，都十分保守。BAF复合体中的核心复合物SMARCA4-SMARCB1-SMARCC1/2发挥核心的染色质重塑功能。但核心复合物的装配机理及功能机制有待进一步研究。. 本项目通过生化、结构、细胞生物学、酵母遗传学及裸鼠成瘤等手段，首先解析了人源SMARCB1-SMARCC2异源三聚体的晶体结构。详细的生化实验表明该异源三聚体对于随后组装SMARCB1-SMARCC1/2-SMARCA4复合物至关重要。我们证明了与癌症相关的突变的一个子集破坏了SMARCB1和SMARCC1/2形成亚复合物的装配。用亚复合物组装缺陷的SMARCB1突变体重建SMARCB1缺陷型恶性横纹肌瘤细胞，无法抑制其体外增殖和在免疫受损小鼠中形成肿瘤的能力。同时，我们解析酵母同源Snf5-Swi3亚复合物的晶体结构，该结构与人同源SMARCB1-SMARCC2的结构相似，后续的生化及功能实验表明，该亚复合物的形成，对于酵母生存活力至关重要。. 总的说来，这些研究成果显示了BAF和SWI/SNF染色质重塑复合物结构与功能的保守性，为探索SMARCB1的突变所导致恶性横纹肌瘤发生的病理学机制提供了依据，并为进一步基于结构的药物研发奠定了前期实验基础。