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利用光誘導(dǎo)凝聚體施加毛細(xì)力實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，揭示染色質(zhì)的黏彈性異質(zhì)性
來源： 吳其樂 北京生物結(jié)構(gòu)前沿研究中心 瀏覽 927 次 發(fā)布時(shí)間:2024-10-09
生物分子凝聚體是活細(xì)胞中通過液-液相分離和相關(guān)的相變形成的無膜組裝體。在細(xì)胞核內(nèi)，染色質(zhì)相關(guān)的凝聚體參與核功能的發(fā)揮，染色質(zhì)相互作用凝聚體的異常與疾病相關(guān)。
染色質(zhì)相關(guān)的凝聚體通過與黏彈性環(huán)境（如細(xì)胞骨架和染色質(zhì)）的相互作用影響其形成和功能，但目前沒有統(tǒng)一的模型來描述染色質(zhì)的材料狀態(tài)，且缺乏直接測量力響應(yīng)的技術(shù)。由凝聚體與其他細(xì)胞結(jié)構(gòu)形成的界面產(chǎn)生的界面張力在細(xì)胞內(nèi)可能發(fā)揮類似分子馬達(dá)的作用1，但目前尚無有效方法在活細(xì)胞中量化和控制這種力，這限制了我們理解基因組組織和功能的能力。
近日，Clifford P.Brangwynne研究組開發(fā)出了VECTOR（ViscoElastic Chromatin Tethering and Organization）系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用光誘導(dǎo)的凝聚體施加毛細(xì)力，實(shí)現(xiàn)染色質(zhì)位點(diǎn)的快速、精確重新定位，并通過分析模擬揭示染色質(zhì)的黏彈性異質(zhì)性。VECTOR還展示了在高通量重新定位和多種基因組序列操控中的廣泛應(yīng)用潛力。
研究者在U2OS細(xì)胞中使用了雙組份Corelet系統(tǒng)2作為“凝聚體模塊”（創(chuàng)造凝聚體的結(jié)構(gòu)），它由一個(gè)iLID-GFP-Ferritin 24聚體“核心（core）”和一個(gè)帶有SspB標(biāo)記的固有無序區(qū)(IDR)組成。在488nm光照下，iLID與SspB相互作用，在每個(gè)核心上添加多個(gè)IDR，并觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)的相分離。通過將相同的IDR（例如FUSN）與一種結(jié)合特定染色質(zhì)位點(diǎn)的錨定蛋白（結(jié)合重復(fù)端粒TTAGGG序列的TRF1蛋白）作為“黏附模塊”（創(chuàng)造凝聚體與染色質(zhì)位點(diǎn)之間相互作用的結(jié)構(gòu)），來促進(jìn)兩個(gè)模塊之間的相互作用（圖1A和1B）。
圖1.用于快速、精確地重新定位染色體位點(diǎn)的光誘導(dǎo)系統(tǒng)
通過局部藍(lán)光激活，凝聚體可以在標(biāo)記的位點(diǎn)上被誘導(dǎo)形成。在持續(xù)光激活下，錨定到兩個(gè)相鄰染色質(zhì)位點(diǎn)的凝聚體會生長并融合為一個(gè)，并與目標(biāo)位點(diǎn)保持關(guān)聯(lián)。在去激活后，凝聚體收縮產(chǎn)生拉力，導(dǎo)致這些位點(diǎn)重新定位（圖1A）。這種方法能使端粒成功地在多個(gè)微米的核空間內(nèi)重新定位。然而，如果位點(diǎn)之間的距離超過2