组蛋白分子伴侣FACT调控异染色质转录沉默的作用机制研究

In eukaryotes, heterochromatin silencing is crucial for not only the regulation of gene expression, but also the maintenance of genome stability. Previous studies has shown that DNA replication coupled nucleosome assembly plays an important role in the establishment and maintenance of heterochromatin silencing. Histone chaperones are key players during DNA replication coupled nucleosome assembly. Our previous work has indicated that histone chaperone FACT participates in the regulation of heterochromatin silencing. However, the mechanism underlying this process remains to be explored. In this study, we aim to investigate FACT’s role in heterochromatin silencing. Firstly, we plan to use the Chromatin immunoprecipitation (ChIP) assay to observe how FACT regulates Sir proteins recruitment and histone deacetylation during heterochromatin formation. And the interaction between FACT and Sir proteins will be further detected. Secondly, we will perform MNase digestion to analyze FACT’s effect on nucleosome dynamic. Lastly, we will employ chromosome conformation capture (3C) technology to analyze FACT’s role in the establishment of heterochromatin higher-order structure. Based on these research, we will clarify the mechanism by which FACT participates in heterochromatin silencing. It may provide clues for illuminating possible ways to ensure stable epigenetic inheritance.

在真核生物中，异染色质的转录沉默不仅参与基因表达的调控，对于维持基因组的稳定性至关重要，而且能够经过DNA复制过程稳定传递。已有研究表明：DNA复制偶联的核小体组装在异染色质转录沉默的建立和维持过程中起着非常重要的作用，组蛋白分子伴侣是DNA复制偶联的核小体组装的关键因子。我们的前期工作表明：组蛋白分子伴侣FACT调控异染色质的转录沉默过程，然而其作用机制还是未知，这将是本项目的研究重点。本项目将通过染色质免疫共沉淀的方法分析FACT对异染色质区域Sir蛋白动态变化与组蛋白去乙酰化水平的影响，并进一步研究FACT与Sir蛋白的相互作用；利用微球菌核酸酶处理结合PCR检测分析FACT对核小体分布情况的影响；应用染色质构象捕获技术分析FACT对异染色质高级结构的影响。从异染色质形成的不同层次进行研究，以期阐明FACT参与异染色质转录沉默的作用机制，为理解表观遗传信息如何稳定传递提供理论依据。

常染色质与异染色质状态在胚胎发育过程中发生剧烈的变化，包含染色质结构变化的表观遗传学调控在胚胎发育过程中非常重要。组蛋白分子伴侣FACT复合物参与染色质的动态变化。与此同时，FACT复合物在基因转录、DNA复制以及DNA损伤修复等过程中发挥重要作用。最近的研究工作证明，FACT的缺失或突变将导致异常的胚胎发育，然而，FACT的调控机制尚不明确。在该项目的研究中，我们在小鼠胚胎干细胞中引入SSRP1-Q265K突变，该突变能够提高FACT与组蛋白的结合。在胚胎干细胞中，Q265K突变促进细胞由原始态向形成态转变。该结果说明FACT参与细胞命运决定过程的调控。我们观察到Q265K突变能够上调FACT在形成态相关基因增强子区域的结合，进而促进下游基因的表达。同时eRNA的转录水平升高，提示FACT通过eRNA的转录调控形成态相关基因的表达。我们的研究工作揭示了FACT在胚胎发育过程中调控异染色质状态与基因表达。从而为解释胚胎发育过程中表观遗传学调控与分化多能性调节提供了新的思路。