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在一項新的研究中，中國科學院生物物理研究所（Zhu Bing）朱冰教授課題組揭示了脊椎動物旁著絲粒異染色質（pericentric heterochromatin）起始的保守機制。相關研究結果于2024年7月3日在線發表在Nature期刊上，論文標題為“Targeting pericentric non-consecutive motifs for heterochromatin initiation”。

在脊椎動物中，旁著絲粒異染色質的組裝機制仍然鮮為人知。為了確定以往基于基因篩選的研究中可能忽略的、負責建立旁著絲粒異染色質的因素，朱冰教授課題組開發了一種能夠識別特定基因組位點附近蛋白質組的技術。

這種技術基于具有特定靶向能力的CRISPR/Cas9系統和具有近距離標記能力的APEX2系統。利用這種技術，他們能夠識別小鼠胚胎干細胞中旁著絲粒異染色質附近的蛋白質組。

他們發現鋅指蛋白ZNF512和ZNF512B通過與旁著絲粒異染色質DNA的特異性結合，定位于旁著絲粒異染色質區域。

此外，無論是在外源引入的重復區域還是在旁著絲粒異染色質區域中，鋅指蛋白ZNF512和ZNF512B都能通過與SUV39H1和SUV39H2的直接相互作用將它們招募到特定位點，從而形成組蛋白H3K9me3介導的異染色質。

圖片來自Nature, 2024, doi:10.1038/s41586-024-07640-5

他們證實來自不同物種的 ZNF512 和 ZNF512B 可以特異性地靶向其他脊椎動物的旁著絲粒異染色質區域。這種能力歸功于 ZNF512 和 ZNF512B 鋅指之間相同的鋅指基序和保守的長接頭（linker）。這些相同的鋅指基序提供了識別重復 DNA 的能力，而較長的接頭提供了識別非連續 DNA 序列的靈活性。

這項新的研究揭示了組成性旁著絲粒異染色質的從頭建立機制，并解釋了為什么脊椎動物中明顯非保守的旁著絲粒異染色質序列仍然具有相同的組蛋白H3K9me3修飾。

此外，具有分裂鋅指（split zinc finger）的鋅指蛋白可以識別非連續的DNA序列的這一發現揭示了一種新的DNA識別模式，這對蛋白-DNA識別模式的研究具有重要意義。

這些結果可能會導致發現更多具有此類特征的蛋白，并對生物信息學家開發計算DNA結合基序的新算法提供啟示。

參考資料：

Runze Ma et al. Targeting pericentric non-consecutive motifs for heterochromatin initiation. Nature, 2024, doi:10.1038/s41586-024-07640-5.

Scientists uncover conserved mechanism of pericentric heterochromatin initiation in vertebrates

https://phys.org/news/2024-07-scientists-uncover-mechanism-pericentric-heterochromatin.html