由貝勒醫(yī)學(xué)院研究人員領(lǐng)導(dǎo)的一個團隊發(fā)現(xiàn)了一種機制，通過該機制，轉(zhuǎn)錄因子 KLF4 可以幫助組織染色質(zhì)，從而影響基因表達。
該研究，發(fā)表在雜志自然通信，揭示了KLF4的結(jié)合可引起DNA凝結(jié)成在稱為生物分子縮合過程，其募集其他因素影響基因表達的分離的液相。
“細胞用稱為轉(zhuǎn)錄因子的蛋白質(zhì)調(diào)節(jié)其基因的表達，”共同通訊作者、貝勒丹·鄧肯綜合癌癥中心成員、藥理學(xué)和化學(xué)生物學(xué)助理教授Josephine C. Ferreon 博士說。“在目前的研究中，我們專注于主轉(zhuǎn)錄因子 KLF4，已知它可以選擇性地介導(dǎo)決定細胞命運的基因表達和重編程。”
細胞的遺傳信息包裝在染色質(zhì)中，染色質(zhì)是一種由 DNA 和蛋白質(zhì)組成的復(fù)雜、緊湊、致密的結(jié)構(gòu)。表達特定基因需要基因表達分子機器能夠訪問那段 DNA。KLF4 等轉(zhuǎn)錄因子參與重組染色質(zhì)以提供通路并促進基因轉(zhuǎn)錄，但尚不清楚這是如何實現(xiàn)的。
通過對實驗室培養(yǎng)的細胞進行實驗，研究人員發(fā)現(xiàn) KLF4 在細胞核中形成小滴，這些小滴可以招募其他轉(zhuǎn)錄因子。
“想象一下混合油和水，它們?nèi)绾涡纬蓡为毜膶踊騼蓚€液相，”Fereon 說。“當(dāng) KLF4 與特定的染色質(zhì)區(qū)域相互作用時，它會形成一種凝聚物——一個單獨的液相——優(yōu)先招募其他有助于打開染色質(zhì)并介導(dǎo)基因轉(zhuǎn)錄的分子。”
其他轉(zhuǎn)錄因子通過非結(jié)構(gòu)化蛋白質(zhì)區(qū)域參與生物分子凝聚，但研究人員表明，即使其非結(jié)構(gòu)化區(qū)域不存在，KLF4 液滴也會在細胞中形成。相反，KLF4 液滴的形成取決于稱為鋅指的區(qū)域，已知這些區(qū)域與 DNA 結(jié)合。單分子熒光實驗表明，通常連續(xù)與一個 DNA 結(jié)合的三個 KLF4 鋅指可以在兩個 DNA 分子之間“架橋”。
“這種涉及鋅指和 DNA 的生物分子縮合以前從未見過，”費雷恩說。
“這種生物分子縮合物的形成被稱為 CpG 甲基化的 DNA 修飾大大增強，這種變化會影響基因表達，”共同通訊作者、貝勒病理學(xué)和免疫學(xué)以及藥理學(xué)和化學(xué)生物學(xué)副教授Kevin MacKenzie 博士說。“我們的結(jié)果表明，DNA 的局部序列及其 CpG 甲基化狀態(tài)使 KLF4 能夠?qū)?DNA 驅(qū)動到一個單獨的階段，這有助于在三個維度上組織染色質(zhì)。”
“數(shù)百種人類轉(zhuǎn)錄因子包含像 KLF4 中的那些串聯(lián)鋅指，因此這類快速進化的蛋白質(zhì)可能通過類似的‘橋接’相互作用與染色質(zhì)組織有關(guān)，”MacKenzie 說。
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