研究进展简介

      染色质复制是生命科学的基本问题之一，和基因组复制紧密偶联。染色质复制涉及一系列复杂的步骤，包括亲代核小体的解聚、双链DNA（dsDNA）的解旋、子链的合成以及随后在新合成的DNA上组装核小体。在复制叉区域，两个组蛋白来源参与核小体组装：从复制叉前方核小体上解聚下来的回收的亲代组蛋白，以及新合成组蛋白。这些组蛋白最终组装成核小体保护新复制的DNA，因而在复制叉上形成了“繁忙的组蛋白交通”。两类主要的蛋白质机器—DNA复制机器（复制体）和核小体组装机器（包括组蛋白伴侣和重塑复合物）—必须进行“有效通讯”，以确保整个过程以高度协调的方式运行。这种动态的相互作用对于维持基因组稳定性以及确保忠实的表观遗传继承都至关重要。

1. 阐明亲代组蛋白回收与表观遗传继承的分子机制

      亲代组蛋白回收与传递对于保存组蛋白携带的表观遗传信息至关重要。在DNA复制期间，携带表观遗传标记的亲代核小体在复制叉前方被解聚，以允许DNA解旋和合成。为了维持表观遗传景观，这些组蛋白被回收并转移到新合成的DNA链上。复制叉处的亲代组蛋白转移由两大类关键因子介导。第一类包括组蛋白伴侣，它们在复制过程中协调核小体的组装与解聚。第二类由复制体组分组成，它们结合组蛋白并充当引导伴侣。我们发现FACT（FAcilitates Chromatin Transactions）与复制体结合，协同介导亲本组蛋白向先导链与滞后链的双向传递。此外，研究证实由Tof1、Csm3和Mrc1组成的复制叉保护复合体通过调控组蛋白回收过程，协调亲本组蛋白在两条子链间的分配。在复制叉前沿，我们和合作者捕获到一个关键的亲本组蛋白中间态——完全剥离的组蛋白六聚[(H3-H4)₂-H2A-H2B]。

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2. 揭示染色质组装与DNA复制的协同机制

      DNA复制和新合成子链DNA上染色质组装是协同的，新合成的子链马上被新组装的核小体保护，我们发现新组装的染色质重建有一个成熟过程，不仅关乎基因组的稳定，也和个体发育密切相关。我们发现 RPA（ssDNA结合复合物）可以直接结合组蛋白 H3-H4 ，在其分子伴侣Rtt105的协助下形成RPA-ssDNA平台，与多个组蛋白伴侣相互作用参与核小体组装，将DNA复制与染色质复制偶联。利用我们实验室重建的核酸电镜观测技术，我们分析了冈崎片段上核小体组装过程，发现DNA聚合酶Pol δ复合物中的Pol32亚基直接结合组蛋白H3-H4，并促进后随链上的核小体组装，而且Pol δ驱动的滞后链合成引物置换终止在核小体内，表明冈崎片段核小体组装和DNA复制密切协同。我们工作表明DNA 复制和核小体组装通过复制机器和组蛋白分子伴侣的相互作用密切协同，从而保证了新合成的DNA上组装足够的核小体，维持基因组稳定。基因组稳定和正常发育对于人类健康十分重要，解析DNA复制和核小体组装之间的协同机制不仅揭示生命的基本过程，也是维持生命健康的理论基础。

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3. 解析染色质复制因子在细胞命运决定中的作用

      染色质动态是发育的基础，细胞分化过程中重构染色质景观，增殖过程中维持母细胞染色质景观，维持细胞记忆。研究表明，DNA复制偶联的核小体组装因子（尤其是组蛋白分子伴侣）对维持连续细胞分裂中的基因表达模式至关重要。高度保守的组蛋白伴侣FACT在增殖细胞中不可或缺，其异常表达或突变与癌症、神经退行性疾病相关，并直接干预细胞命运决定。

      我们工作揭示了FACT作为染色质组装因子，可以和染色质修饰因子相互作用，也可以直接作用于染色质调节染色质的状态，驱动特定位点的eRNA表达模式，长距离协调下游信号应答基因表达，使细胞能够快速且高效地响应环境刺激，或者调控细胞命运决定，参与个体的发育。

a. Zhao H^#, Li D^#, Xiao X^#, Liu CF, Chen GF, Su XY, Yan ZX, Gu SJ, Wang YZ, Li, GH, Feng JX, Li W, Chen P*, Yang JY*, and Li Q*. Pluripotency state transition of embryonic stem cells requires the turnover of histone chaperone FACT on chromatin, iScience, 2024, 27(1): 108537.

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