李国红教授做客水木清华生命科学讲座

讲述“30 nm染色质纤维丝在基因表达调控中的结构和动态变化”

 

5月24日下午，生命科学联合中心承办的第67期水木清华生命科学讲座在清华大学医学科学楼B323举行。中国科学院生物物理研究所生物大分子国家重点实验室副主任，研究员李国红老师为广大师生做了一场题为“30 nm染色质纤维丝在基因表达调控中的结构和动态变化 (Structure and dynamics of 30 nm chromatin fibers in gene regulation)”的学术报告。李老师通过鉴定30nm染色质纤维的结构并结合严谨的体内功能、体外生化实验，阐述了30nm染色质纤维在DNA复制，RNA转录和表观遗传调控过程中的重要作用。报告会由生命中心PI沈晓骅教授主持。

李国红老师做学术报告

李国红老师首先回顾了近四十多年来领域内对染色质结构的一系列研究。目前普遍认为的观点是DNA分子缠绕在组蛋白八聚体(histone octamer) 上形成核小体核心颗粒(nucleosome core particle, NPC)，这些颗粒进而再形成串珠结构(beads-on-string) 和30 nm纤维结构(30 nm chromatin fibers) 并最终通过更进一步折叠形成染色质高级结构(higher-order chromatin structure)。前人的研究提出30 nm染色质纤维是以螺线管结构(solenoid structure model) 的形式存在，而李国红老师研究组优化实验条件，利用冷冻电子显微镜技术解析了4埃的近原子分辨率的体外重构30 nm染色质纤维的精细结构。李国红老师指出，从获得的结构分析可以看出，30 nm染色质纤维呈现一种左手双螺旋的曲折结构(left-handed double helix, Zig-Zag structure)， 同时发现四核小体单元(tetra-nucleosome unit) 是30 nm染色质纤维组成的基本单位。通过突变分析(mutagenesis) 和结合其他课题组报道的RICC-seq，ChromEMT等策略，李老师研究组验证了四核小体单元在细胞内的存在并主要聚集于H3K9me3，H3K27me3富集的转录沉默区域，而在H3K4me3和H3K27ac等富集的转录激活区域较少，揭示了四核小体单元可能在异染色质形成和基因转录抑制过程当中发挥作用。

接着，李老师讲述了他们通过单分子磁镊技术表征了四核小体单元的力学参数，进一步地，通过对组蛋白伴侣(histone chaperone) 和核小体重塑复合物(nucleosome remodelers) – FACT蛋白(facilitate chromatin transcription elongation) 的研究揭示了四核小体单元的组装模式。研究结果表明，FACT蛋白重塑了四核小体单元协助基因转录的发生。

讲座现场同学认真聆听

最后李老师指出，非典型的PRC1-RYBP蛋白识别组蛋白H2AK119ub1修饰，之后在Ring1和Bmi1的帮助下将这种组蛋白修饰(histone modification) 进行传递(propagation) 形成表观遗传印记(epigenetic inheritance)。而四核小体单元内部核小体的N2-N4配对和N1-N3配对形成了一种利于修饰传播的分子机制。

讲座结束后，李老师回答了现场师生提出的问题。广大师生对李老师的精彩报告给予了热烈的掌声，对李老师杰出的科研工作表示钦佩。

 

人物简介：

李国红博士，1995年毕业于武汉大学病毒系，2003年获德国海德堡大学生物学博士，2003-2010在美国霍华德休斯医学研究院（HMMI）从事博士后研究。2010年全职回到中国科学院生物物理研究所生物大分子国家重点实验室工作，现任生物大分子国家重点实验室副主任。

李国红博士主要致力于染色质高级结构及其表观遗传调控机理的研究，并取得了一系列研究成果：在国际上首次解析了高精度的30nm染色质纤维的三维冷冻电镜结构，揭示了一种全新的左手双螺旋结构；并发现“四聚核小体”结构是染色质纤维折叠中的一个重要中间结构单元，并受组蛋白分子伴侣FACT的调控；此外，还揭示了一系列重要组蛋白变体的识别、组装及其对染色质高级结构调控的分子机理。李国红博士先后入选和获得中科院“百人计划”、国家杰出青年基金、中组部万人计划创新领军人才、HHMI国际研究学者、“谈家桢生命科学创新奖”。