撰文 | YQ

責編 | 兮

大量的遺傳資訊是如何高度有序的儲存在微米級別的細胞核中，是生命科學領域研究的熱點問題。但是對於染色質形成的具體機制以及染色質區室化等現象的形成機制仍不明確，另外對於細胞核在外界機械力壓力下保持完整的原因也不明確，一些研究提示細胞核內的染色質結構對於細胞核在機械力刺激下保持完整性起著重要作用。細胞內的液-液相分離為染色質的結構的調控以及區室化等現象提供一些新的解釋。2019年9月19日， Michael K. Rosen課題組在 Cell 發表了題為Organization of Chromatin by Intrinsic and Regulated Phase Separation 的文章，作者發現體外重構的染色質結構能夠在生理鹽濃度下發生相分離，從相分離的角度揭示了細胞內染色質結構的調節。

2020年12月15日，來自University of Alberta的Michael J. Hendzel課題組與來自Colorado State University的Jeffrey C. Hansen課題組合作，在Cell雜誌發表了題為Condensed Chromatin Behaves like a Solid on the Mesoscale In Vitro and in Living Cells 的文章，該文章發現生理條件下的高度摺疊的染色質是一種更像“膠狀”的物質，而不是像之前所發現的“液滴”狀態。

作者發現，之前Michael K. Rosen課題組發現的體外染色質的“液滴狀”結構，當且僅當在溶液體系中存在acetate anions、DTT和BSA的時候才會發生相分離形成“液滴狀結構”，這種buffer體系過於苛刻，並不能模擬體內的環境。而在其餘的更接近於生理環境的buffer體系中，染色質會發生凝集，但是並不具備“液滴”的性質。作者發現，在一定的緩衝液體系中，雖然會形成“球狀”的類似於液滴狀態的染色質凝集體，但是增加染色質的濃度，並不會使這種特殊的“球狀”結構增大，只會增多，這些“球狀”之間也不會發生融合，熒光漂白後也不會恢復。因此作者認為凝集狀態的染色質並不具備液體的各種特性，而是更像膠狀的結構。

作者在細胞內使用TAMRA-dUTP去標記染色質，這樣可以直接觀察染色質本身的狀態排除了熒光蛋白本身的干擾，作者發現，在體內TAMRA-dUTP標記的無論是異染色質還是常染色質區域的被標記的染色質也非之前描述的“液滴”的結構，這種“膠狀”狀態的結構，不會發生熒光漂白恢復，兩兩之間也不能相互融合，進一步驗證了體外實驗體系的結果。另外，為了驗證實驗體系是沒有問題的，作者應用了KMT5C以及CBX5的相分離來檢測實驗體系的正確性，在雙通道的熒光漂白恢復實驗中，與之前報道一直，KMT5C以及CBX5所形成的“凝集體”能夠在熒光漂白後迅速恢復，但是TAMRA-dUTP標記的DNA卻始終無法恢復熒光，充分說明了凝集狀態的染色質確實不是一種“液滴”狀的結構，而是類似固體的結構。

另外，作者也對乙醯化修飾對於染色質狀態的影響做了細緻的研究，作者發現，高度乙醯化的染色質結構會更加鬆散，但是不會讓這種更加鬆散的染色質結構具備液體的各種性質。

基於以上的實驗，作者對於染色質結構提出瞭如下的模型：染色質具有兩種形式，分別為鬆散的狀態以及高度凝集的狀態。組蛋白的乙醯化修飾以及一些位點的甲基化溪水能夠調節核小體以及染色質纖維之間的相互作用，從而調控染色質的鬆散以及凝集狀態。通常情況下乙醯化使染色質更加鬆散，以利於基因轉錄等生理活動過程，而一些特異性的甲基化修飾通常伴隨高度凝集狀態的染色質。“膠狀”的染色質結構對於細胞核的完整性提供了力學上的保護。另外，這種高度凝集的“膠狀”的染色質結構，包含大量的組蛋白的修飾，因此會募集大量的組蛋白修飾的結合蛋白，提高其區域性地濃度，從而促進這些蛋白（如：KMT5C，CBX5，MeCP2）的相分離。

這一發現擴充套件了我們對於染色質結構的認識，同時也有助於理解癌症轉移過程中癌細胞的侵襲以及遷徙等等生物學過程。

原文連結：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.11.027

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