CAF-1的生物學(xué)功能及其對(duì)體細(xì)胞重編程中的阻礙,細(xì)胞生物學(xué)論文

CAF-1的生物學(xué)功能及其對(duì)體細(xì)胞重編程中的阻礙,細(xì)胞生物學(xué)論文摘要：染色質(zhì)組裝因子1(chromatinassemblyfactor-1,CAF-1),是由p150、p60、p48三個(gè)亞單位組成的組蛋白伴侶。CAF-1主要功能是在DNA復(fù)制中與增殖細(xì)胞核抗原(proliferatingcellnuclearantigen,PCNA)互相作用，負(fù)責(zé)募集組蛋白H3、H4沉積在新合成的DNA上以促進(jìn)核小體裝配。越來越多的研究解析CAF-1復(fù)合體的構(gòu)造及其生物學(xué)功能，并發(fā)現(xiàn)CAF-1在體細(xì)胞重編程經(jīng)過中發(fā)揮重要作用。因而，本文重點(diǎn)介紹了CAF-1的構(gòu)造、生物學(xué)功能和在體細(xì)胞重編程中的作用。本文關(guān)鍵詞語:CAF-1;體細(xì)胞重編程;構(gòu)造;功能;Abstract：Chromatinassemblyfactor-1(CAF-1)isahistonechaperonecomposedof3subunits(p150,p60,andp48).CAF-1mainlyinteractswithproliferatingcellnuclearantigen(PCNA)duringDNAreplicationandisresponsibleforrecruitinghistonesH3andH4depositingonnewlysynthesizedDNAtofacilitatenucleosomeassembly.MoreandmorestudieshaveanalyzedthestructureandbiologicalfunctionoftheCAF-1complex,andfoundthatCAF-1playsanimportantroleintheprocessofsomaticcellreprogramming.Therefore,thispaperfocusesonthestructure,biologicalfunctionandtheroleofCAF-1insomaticcellreprogramming.Keyword：CAF-1;somaticcellreprogramming;structure;function;染色質(zhì)組裝因子1(chromatinassemblyfactor-1,CAF-1),是由p150、p60、p48三個(gè)亞單位按1∶1∶1組合構(gòu)成的三聚體組蛋白伴侶[1,2]。CAF-1主要功能是在DNA復(fù)制中與增殖細(xì)胞核抗原(proliferatingcellnuclearantigen,PCNA)互相作用，負(fù)責(zé)募集組蛋白H3、H4沉積在新合成的DNA上以促進(jìn)核小體裝配。CAF-1不僅介入DNA復(fù)制和修復(fù)后染色質(zhì)裝配，而且介入細(xì)胞增殖調(diào)控、胚胎干細(xì)胞的表觀遺傳學(xué)變化及異染色質(zhì)的合成和修復(fù)。隨著細(xì)胞分化，染色質(zhì)越來越凝集。體細(xì)胞重編程為全能性的胚胎，首先要進(jìn)行染色質(zhì)的去凝集。在卵母細(xì)胞介導(dǎo)的重編程經(jīng)過中，組蛋白發(fā)生置換，并擦除來自體細(xì)胞的抑制型表觀修飾使染色質(zhì)去凝聚。但是，體細(xì)胞克隆胚胎重編程經(jīng)過中，來自體細(xì)胞的遺留表觀遺傳修飾擦除不完全，抑制胚胎基因組激活，導(dǎo)致胚胎發(fā)育失敗、克隆動(dòng)物死亡。而CAF-1通過H3K9me3等組蛋白修飾在異染色質(zhì)構(gòu)成、染色質(zhì)凝集事件上扮演著重要角色。因而，本文從CAF-1的構(gòu)造、生物學(xué)功能和介入體細(xì)胞重編程的研究3部分作了扼要的綜述。1、CAF-1的構(gòu)造CAF-1包含3個(gè)亞基并依其大小命名：分別為150ku亞基(p150亞基，CHAF1a)、60ku亞基(p60,CHAF1b)和48ku亞基(p48,RbAp48)。CAF-1復(fù)合體在不同物種上都介入DNA的合成和修復(fù)、染色質(zhì)的組裝，具有高度的構(gòu)造和功能保守性。CHAF1a的N端存在一個(gè)在體外具有強(qiáng)活性的PIP(PCNA互相作用肽),以及一個(gè)小泛素樣修飾互相作用區(qū)域，這是與SUMO2/3互相作用所必需的[3]。在PxVxL區(qū)域還存在一個(gè)HP1(異染色質(zhì)蛋白1)互相作用域[4]。一個(gè)PEST構(gòu)造域驅(qū)動(dòng)蛋白質(zhì)的快速降解。在PEST構(gòu)造域之后是一個(gè)KER構(gòu)造域，這是一個(gè)高酸性的區(qū)域，被以為有利于與組蛋白的互相作用。在KER域內(nèi)是另一個(gè)PIP,已被試驗(yàn)證實(shí)其在體內(nèi)與PCNA互相作用和核小體構(gòu)成有關(guān)。隨后，還存在一個(gè)與CHAF1b互相作用域和ED區(qū)域，ED區(qū)域被以為與組蛋白和有翼螺旋構(gòu)造域(WHD)結(jié)合[5]。一個(gè)與p48互相作用區(qū)域和一個(gè)有翼螺旋構(gòu)造域位于CHAF1a的C端(圖1)[6]。CHAF1b位于21號(hào)染色體上，是由位于N端7×WD重復(fù)區(qū)域、位于C端B區(qū)構(gòu)造域和PEST構(gòu)造域3部分組成(圖1)。CHAF1b的7×WD重復(fù)區(qū)域過去被以為是提供CHAF1b-/ASF1a/H3/H4復(fù)合物作用所需的位點(diǎn)，研究證明，CHAF1b的7×WD重復(fù)區(qū)域并不是結(jié)合ASF1a/b的區(qū)域[7]。研究表示清楚，CHAF1b依靠于B區(qū)構(gòu)造域與ASF1a結(jié)合，構(gòu)成CHAF1b/ASF1a/H3/H4復(fù)合物，再通過與CHAF1a和PCNA互相作用，定位在復(fù)制叉位置募集組蛋白，完成DNA的復(fù)制和核小體的組裝。而這種結(jié)合是CHAF1b的B區(qū)構(gòu)造構(gòu)成β-發(fā)夾能與ASF1a氨基端核心區(qū)域的β-sandwich構(gòu)造產(chǎn)生特異性的交互反響[8]。除此之外，CHAF1b的B區(qū)構(gòu)造域與HIRA同源，因而，ASF1a與HIRA或CHAF1b的結(jié)合是互相排擠的，這表示清楚HIRA表示出可能是調(diào)節(jié)CHAF1b活性的一種間接方式方法[9]。CHAF1b的PEST構(gòu)造域也發(fā)揮重要的作用。shRNA介導(dǎo)的CHAF1a的敲除會(huì)導(dǎo)致CHAF1b的表示出減少則證明這一點(diǎn)[10]。p48是7×WD重復(fù)區(qū)域，還包括兩個(gè)分別在N和C末端的α-helical區(qū)域，它們可促進(jìn)與H4組蛋白的結(jié)合(圖1)。它可能與組蛋白去乙?；窰DAC1的催化亞基密切相關(guān)，這表示清楚它可能有助于新合成的H4在核小體中沉積后去乙酰化[11,12,13]。p48也是其他幾個(gè)染色質(zhì)調(diào)節(jié)復(fù)合物的組成部分，如核心蛋白復(fù)合體PRC2(PRC2)、核小體重塑因子(NURF)、核小體重塑和去乙酰酶(NURD)和組蛋白去乙?；?HDAC1),提示該亞基在組蛋白修飾酶與其底物之間起著分子橋梁作用。除了與核心蛋白復(fù)合體PRC2作用外，p48也被以為在NURD重塑/去乙?；笍?fù)合物和NURF重塑復(fù)合物中發(fā)揮重要作用。圖1CAF-1復(fù)合體的構(gòu)造(根據(jù)以下為參考文獻(xiàn)[14-15]修改)Fig.1ArchitectureoftheCAF-1complex(modifiedfromreference[14-15])2、CAF-1的生物學(xué)功能2.1、CAF-1介入DNA復(fù)制偶聯(lián)的核小體組裝在真核生物DNA復(fù)制經(jīng)過中，CAF-1作為組蛋白伴侶，將組蛋白H3-H4異二聚體沉積到新合成的DNA上，促進(jìn)復(fù)制叉后的核小體組裝(圖2)[16,17]。在這個(gè)經(jīng)過中組蛋白H3-H4二聚體與乙?；腍3K56殘基首先被組蛋白伴侶ASF1捕獲，然后轉(zhuǎn)移到CAF-1,這一經(jīng)過是通過ASF1與CHAF1b直接互相作用介導(dǎo)的[16,18]。據(jù)報(bào)道，組蛋白H3K56殘基在人體內(nèi)被CBP或Gcn5乙?；?，在酵母體內(nèi)被Rtt109乙?；痆19,20,21,22]。乙?；蟮腍3K56增加了酵母模型中CAF-1與H3-H4結(jié)合的親和力，促進(jìn)了CAF-1介導(dǎo)的核小體組裝[19,20,21,22,23]。據(jù)報(bào)道，酵母和人類細(xì)胞中的HAT1負(fù)責(zé)H4K5和H4K12的乙?；?。然而，與H3K56的乙酰化作用不同，H4K5或K12的乙酰化作用降低了哺乳動(dòng)物細(xì)胞中H3-H4與CAF-1的結(jié)合，而H3K56的乙?；饔眉訌?qiáng)了CAF-1與H3-H4的體外結(jié)合親和力[16,19]。最后，CAF-1通過與“滑動(dòng)的夾子〞PCNA互相作用，將組蛋白H3-H4四聚體招募到復(fù)制叉，完成染色質(zhì)組裝。圖2CAF-1介入DNA復(fù)制偶聯(lián)型核小體組裝經(jīng)過(根據(jù)以下為參考文獻(xiàn)[4]修改)Fig.2CAF-1participatesintheDNAreplication-couplednucleosomeassemblyprocess(modifiedfromreference[4])2.2、CAF-1在細(xì)胞周期中的功能CAF-1主要功能就是在S期，與ASF1a和/H3/H4組蛋白結(jié)合成CHAF1b/ASF1a/H3/H4復(fù)合物再與PCNA互相作用，定位在復(fù)制叉位置募集組蛋白，完成DNA復(fù)制耦聯(lián)的核小體組裝。因而，CHAF1b對(duì)S期經(jīng)過維持是至關(guān)重要的。比方，敲除CHAF1b將使動(dòng)物細(xì)胞由于染色質(zhì)組裝缺陷而停滯在S期，導(dǎo)致細(xì)胞死亡。敲降CHAF1b的HUH-7細(xì)胞導(dǎo)致細(xì)胞周期G0/G1期細(xì)胞比例減少，而S期細(xì)胞數(shù)目增加，G2/M期細(xì)胞數(shù)量變化不大，表示清楚敲減CHAF1b基因減少G1期細(xì)胞的數(shù)量并增加S期細(xì)胞比例，導(dǎo)致細(xì)胞在不同階段的分布發(fā)生變化[24]。干擾CHAF1b的表示出可導(dǎo)致95-D細(xì)胞的細(xì)胞周期停滯。G1期細(xì)胞百分比顯著增加，而S期細(xì)胞的比例減少，講明CHAF1b促進(jìn)了細(xì)胞周期S期的DNA復(fù)制和核小體組裝[25]。用CAF-1的特異性抑制劑HA-p150C,毀壞內(nèi)源性CHAF1a和CHAF1b之間的互相作用，阻止CHAF1b與染色質(zhì)和DNA合成位點(diǎn)嚴(yán)密結(jié)合，導(dǎo)致S期停滯。2.3、CAF-1在細(xì)胞增殖中的功能CAF-1的主要功能是S期將新合成的H3/H4二聚體遞送至復(fù)制叉的位置。在分裂間期局限在核仁，在S期集中于核內(nèi)DNA復(fù)制的位點(diǎn)[26],可作為區(qū)別增殖期細(xì)胞和靜止期細(xì)胞的標(biāo)志物。因而，CHAF1b是和細(xì)胞增殖呈正相關(guān)的一種組蛋白伴侶[27]。CAF-1介入復(fù)制偶聯(lián)染色質(zhì)組裝經(jīng)過，華而不實(shí)CAF-1的消耗導(dǎo)致Chk1的激活和S期阻滯。沉默CHAF1b基因能抑制肝癌細(xì)胞的增殖能力，抵抗細(xì)胞死亡[28]。然而，在小鼠ES細(xì)胞中，CHAF1a敲降后DNA復(fù)制仍然進(jìn)行。大量研究證明，CAF-1能通過調(diào)整S期特定染色質(zhì)重組來促進(jìn)細(xì)胞周期的進(jìn)程進(jìn)而影響細(xì)胞的增殖[29]。2.4、CAF-1在細(xì)胞分化中的功能細(xì)胞分化是細(xì)胞類型特化的經(jīng)過，在細(xì)胞發(fā)育經(jīng)過中受特定基因表示出的調(diào)控。研究表示清楚，CHAF1a的下調(diào)足以通過神經(jīng)母細(xì)胞瘤基因的失調(diào)和H3K9me3修飾的整體減少導(dǎo)致代謝基因表示出的缺失而誘導(dǎo)神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞分化[30]。另一項(xiàng)研究表示清楚，在MLL-AF9白血病細(xì)胞中，CHAF1b通過染色質(zhì)中離散位點(diǎn)的直接積累來維持其未分化狀態(tài)[28]。然而，在纖維母細(xì)胞中，CHAF1b可以以控制染色質(zhì)可及性來抑制干細(xì)胞基因的表示出，進(jìn)而保持體細(xì)胞的分化狀態(tài)[31]。因而，CHAF1b對(duì)基因具有細(xì)胞類型特異性作用調(diào)節(jié)：在分化細(xì)胞中，CHAF1b保持細(xì)胞同一性；在惡性細(xì)胞中，CHAF1b保持未分化狀態(tài)。這種CHAF1b的差異活性可能是由細(xì)胞核內(nèi)的系特異性轉(zhuǎn)錄因子和染色質(zhì)可達(dá)區(qū)域的組成介導(dǎo)的[28]。2.5、CAF-1介入組蛋白修飾CAF-1一方面直接辨別表觀遺傳。CAF-1將組蛋白H3-H4復(fù)合物靶向到DNA上。首先是新合成組蛋白H3和H4上面位點(diǎn)的乙?；?，然后CAF-1辨別H4K5、H4K12和H3K56的乙酰化[32]。CAF-1另一方面間接調(diào)節(jié)表觀遺傳。在果蠅上研究發(fā)現(xiàn)，CAF-1對(duì)異染色質(zhì)區(qū)域組蛋白H3K9位點(diǎn)的甲基化水平以及HP1蛋白的募集具有調(diào)節(jié)作用，進(jìn)而決定異染色質(zhì)構(gòu)造的構(gòu)成與穩(wěn)定性的維持[33]。實(shí)際上，CHAF1a和HP1a互作進(jìn)而維持果蠅異染色質(zhì)[34]。小鼠胚胎干細(xì)胞的研究中，CHAF1a的缺失導(dǎo)致了包括HP1和H3K9me3在內(nèi)的構(gòu)成性異染色質(zhì)特征的嚴(yán)重改變，而中心性異染色質(zhì)H3K9me3和H4K20me3的表觀遺傳標(biāo)記完全被消除。甲基化CpG結(jié)合蛋白MBD1募集組蛋白甲基化酶SETDB1到CHAF1a構(gòu)成MBD1/SETDB1/CAF-1復(fù)合體，促使H3K9位點(diǎn)甲基化，對(duì)異染色質(zhì)的構(gòu)成具有重要作用。近期研究顯示，CAF-1聯(lián)合Kdm1a、Hdac1/2介入調(diào)節(jié)異染色質(zhì)ERVs的轉(zhuǎn)錄抑制[35,36]。Hatanaka等[37]具體研究了CHAF1a通過調(diào)節(jié)組蛋白H3.1/3.2與H3.3的置換將H3K9me3、H4K20me3等多種抑制型組蛋白修飾富集到對(duì)應(yīng)區(qū)域。在植物中，CAF-1與H3K27甲基轉(zhuǎn)移酶，即PRC2互相作用；有助于在DNA復(fù)制經(jīng)過中保衛(wèi)H3K27me3介導(dǎo)的沉默染色質(zhì)[38]。與此觀點(diǎn)一致，在小鼠胚胎干細(xì)胞中CAF-1也與PRC2復(fù)合物互相作用(圖3)[39]。圖3CAF-1介入組蛋白修飾(根據(jù)以下為參考文獻(xiàn)[40]修改)Fig.3CAF-1isinvolvedinhistonemodification(modifiedfromreference[40])3、CAF-1是體細(xì)胞重編程的重要障礙體細(xì)胞注入卵母細(xì)胞后，在卵胞質(zhì)中重編程因子的作用下，將體細(xì)胞重編程為全能性的胚胎[41]。在這里經(jīng)過中，染色質(zhì)重編程是克隆胚胎發(fā)育成敗的關(guān)鍵所在，主要包括染色質(zhì)去凝集、染色質(zhì)重構(gòu)和組蛋白修飾等。但是，由于來自體細(xì)胞的遺留表觀遺傳修飾擦除不完全以及抑制型組蛋白的異常嵌入，將抑制胚胎基因組激活，導(dǎo)致胚胎發(fā)育失敗以及克隆動(dòng)物死亡[42,43,44]。3.1、CAF-1在早期胚胎發(fā)育中的作用在早期胚胎發(fā)育經(jīng)過中，CHAF1b蛋白表示出水平在2細(xì)胞期胚胎之后逐步升高，這可能主要與在發(fā)育經(jīng)過中細(xì)胞復(fù)制的高需求有關(guān)。在小鼠上，完全定點(diǎn)突變CHAF1a使小鼠胚胎發(fā)育阻滯在16-細(xì)胞期胚胎，表示清楚CHAF1a是早期胚胎和多能性干細(xì)胞的異染色質(zhì)組裝和維持所必需的[45]。敲降CHAF1a,降低組蛋白H3.1水平，升高H3.3水平，阻抑異染色質(zhì)構(gòu)成，可使小鼠胚胎的發(fā)育阻滯在囊胚前[46]。Hatanaka等[37]具體研究了CHAF1a在小鼠附植前胚胎上的作用機(jī)理，CHAF1a通過調(diào)節(jié)組蛋白H3.1/3.2與H3.3的置換將H3K9me3、H4K20me3等多種抑制型組蛋白修飾富集到異染色質(zhì)區(qū)LINE1等反轉(zhuǎn)座子，進(jìn)而維持反轉(zhuǎn)座子等異染色質(zhì)區(qū)域的穩(wěn)定。3.2、CAF-1是體細(xì)胞重編程的重要障礙CAF-1是動(dòng)物乃至植物上細(xì)胞分化經(jīng)過中的關(guān)鍵蛋白。Cheloufi等[31]通過大范圍RNAi挑選技術(shù)發(fā)現(xiàn)，CAF-1兩個(gè)亞基CHAF1a和CHAF1b是體細(xì)胞重編程障礙因子。通過敲降CHAF1a或CHAF1b可顯著提高iPS重編程效率。抑制CAF-1表示出除了可促進(jìn)分化細(xì)胞誘導(dǎo)為多能性細(xì)胞，還促使細(xì)胞轉(zhuǎn)分化，講明CAF-1守衛(wèi)體細(xì)胞特性，阻抑轉(zhuǎn)錄因子誘導(dǎo)細(xì)胞命運(yùn)的轉(zhuǎn)換。但CAF-1在體細(xì)胞克隆胚胎重編程經(jīng)過中的作用及其機(jī)理尚不清楚。在小鼠胚胎干細(xì)胞上敲降CHAF1b,可使多能性的ES細(xì)胞轉(zhuǎn)化為更多的全能性ES細(xì)胞，這種全能性ES細(xì)胞用于核移植后重編程效率顯著提高，同時(shí)促進(jìn)了類似于兩細(xì)胞階段卵裂球的全能樣細(xì)胞的出現(xiàn)[47]。表示清楚CAF-1是體細(xì)胞重編程的重要障礙。在iPSCs的重編程經(jīng)過中，CAF-1的抑制作用于局部的加強(qiáng)子元件，使它們更容易與轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合。在小鼠和人早期核移植胚胎上，位于異染色質(zhì)區(qū)的反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子重復(fù)序列(LINE和LTR等)遺留著來自體細(xì)胞的抑制型組蛋白修飾H3K9me3,使得這些區(qū)域沉默，被稱為抗重編程區(qū)(reprogramming-resistantregions,RRRs)[45,48,49]。而這些異染色質(zhì)區(qū)重復(fù)序列在小鼠附植前胚胎高表示出，對(duì)胚胎基因組激活和胚胎發(fā)育具有重要作用[50,51,52]。研究人員通過擦除H3K9me3,重新激活RRRs,顯著提高小鼠克隆效率并促進(jìn)人核移植胚胎發(fā)育[45,48]。當(dāng)然，這些異染色質(zhì)區(qū)重復(fù)序列通常在受精卵來源的胚胎中2細(xì)胞期胚胎活潑踴躍，但在SCNT胚胎中仍然沉默，進(jìn)而阻礙了克隆小鼠出生。相比ES細(xì)胞，敲降CHAF1b獲得的全能性ES細(xì)胞用于核移植，小鼠胚胎的RRRs區(qū)域大量激活(圖4)[35]。圖4CAF-1是體細(xì)胞重編程的重要障礙(根據(jù)以下為參考文獻(xiàn)[40]修改)Fig.4CAF-1isanimportantobstacletosomaticcellreprogramming(modifiedfromreference[40])在通過CAF-1沉默將ESC轉(zhuǎn)換為類似兩細(xì)胞階段的全能樣細(xì)胞的狀態(tài)期間，染色質(zhì)可及性減小，進(jìn)而導(dǎo)致內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄元件(例如MERVL)和鄰近基因的激活。MERVL是小鼠2-細(xì)胞期胚胎特異性表示出的反轉(zhuǎn)座子，MERVL的轉(zhuǎn)錄能夠激活2-細(xì)胞期特異基因的表示出，對(duì)于胚胎正常發(fā)育至關(guān)重要。全基因組siRNA篩發(fā)現(xiàn)，CAF-1是主要的MERVL抑制因子[35],在小鼠2-細(xì)胞期胚胎上CHAF1b表示出水平和MERVL表示出負(fù)相關(guān)，MERVL轉(zhuǎn)錄的位置檢測(cè)不到CHAF1b,敲降CHAF1b可上調(diào)MERVL的表示出[35]。與此同時(shí)證明敲除CAF-1導(dǎo)致內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒元件(例如MERVL)高表示出(圖4)[45]。3.3、組蛋白H3.1的異常嵌入可能導(dǎo)致克隆胚胎重編程失敗在小鼠核移植中，供體細(xì)胞來源的H3.2、H3.3和H2A迅速地被卵胞質(zhì)中的組蛋白H3變體和H2AX替換?？寺∨咛ド辖M蛋白H3.2和3.3與體外受精胚胎一樣，而組蛋白變體H3.1嵌入到克隆胚胎但未嵌入體外受精胚胎[53]。組蛋白H3.1上富集抑制型組蛋白修飾，與轉(zhuǎn)錄抑制相關(guān)；而組蛋白H3.3主要富集在轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)、加強(qiáng)子以及轉(zhuǎn)錄激活的基因上，和轉(zhuǎn)錄激活相關(guān)。多項(xiàng)研究顯示，母源組蛋白H3.3是重要的重編程因子，體細(xì)胞核移植到卵胞質(zhì)后，組蛋白H3.3和體細(xì)胞組蛋白發(fā)生置換，并啟動(dòng)克隆胚胎基因組激活，在克隆胚胎重編程經(jīng)過中扮演重要角色[54]。所以，組蛋白變體H3.1異常嵌入到克隆胚胎可能是克隆胚胎重編程失敗的重要原因。組蛋白H3.1上富集的抑制型組蛋白修飾H3K9me3是染色質(zhì)凝集狀態(tài)的標(biāo)志。H3K9me3構(gòu)成異染色質(zhì)蛋白HP1結(jié)合位點(diǎn)，HP1辨別并結(jié)合在甲基化修飾的組蛋白，募集DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶DNMT,使該位點(diǎn)DNA甲基化修飾[55]。另外，HP1結(jié)合甲基化的組蛋白后能夠招募組蛋白甲基化轉(zhuǎn)移酶Suv39h1,使附近的組蛋白也發(fā)生組蛋白甲基化，向兩邊延伸，構(gòu)成異染色質(zhì)，使染色質(zhì)發(fā)生凝集。3.4、CAF-1介導(dǎo)H3.1/3.2與H3.3的置換可能導(dǎo)致克隆胚胎重編程失敗CAF-1是組蛋白H3.1的伴侶蛋白，促進(jìn)H3.1嵌入到新合成的DNA[56]。組蛋白H3.1上富集抑制型組蛋白修飾，與轉(zhuǎn)錄抑制相關(guān)[57];而組蛋白H3.3主要富集在轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)、加強(qiáng)子以及轉(zhuǎn)錄激活的基因上，和轉(zhuǎn)錄激活相關(guān)[58]。由于CAF-1是組蛋白變體H3.1的伴侶蛋白，在小鼠早期胚胎負(fù)責(zé)組蛋白3.1和組蛋白3.3置換，置換經(jīng)過中將抑制型表觀修飾例如H3K9me3富集到對(duì)應(yīng)區(qū)域[37]。敲降CHAF1a導(dǎo)致組蛋白H3.1去除，而促進(jìn)H3.3的嵌入，阻抑異染色質(zhì)構(gòu)成[46,59]。同樣，敲降CHAF1b調(diào)控組蛋白H3.1嵌入到新合成的DNA上，而促進(jìn)組蛋白H3.3沉積[60]。研究顯示，CAF-1和異染色質(zhì)蛋白HP1以及H3K9me3的互作，能夠促進(jìn)細(xì)胞分化經(jīng)過中異染色質(zhì)構(gòu)成和染色質(zhì)的凝集。在誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞(iPS)的研究中發(fā)現(xiàn)，CAF-1是體細(xì)胞重編程的抑制因子，敲降其表示出可促進(jìn)體細(xì)胞向iPS的轉(zhuǎn)化，顯著提高iPS重編程效率[61,62]。本課題組研究發(fā)現(xiàn)，敲降CHAF1b可上調(diào)牛克隆胚胎組蛋白變體H3.3的含量，降低組蛋白H3K9me3豐度，并顯著提高?？寺∨咛サ纳ｉ┡吆湍遗甙l(fā)育率(未發(fā)表數(shù)據(jù))。推斷在牛克隆胚胎上敲降CHAF1b很可能引起組蛋白變體置換，并在置換經(jīng)過中將高豐度的抑制型組蛋白修飾例如H3K9me3去除，導(dǎo)致原有被其抑制的抗重編程區(qū)重新激活，進(jìn)而促進(jìn)?？寺∨咛グl(fā)育。4、小結(jié)自從1986年第1次報(bào)道CAF-1,距今已經(jīng)有34年。在這些年的研究中，CAF-1的構(gòu)造已清楚明晰，正如前文所述，CAF-1由p150、p60、p48三個(gè)亞基的組蛋白伴侶，每個(gè)亞基的不同構(gòu)造域都行使著不同的功能，它們負(fù)責(zé)與不同的蛋白互相作用。當(dāng)然，CAF-1也介入多種生物學(xué)進(jìn)程，包括DNA復(fù)制偶聯(lián)的核小體組裝、細(xì)胞周期、細(xì)胞增殖和細(xì)胞分化等。近期幾年來，CAF-1被不斷證明是體細(xì)胞重編程障礙因子。敲降CAF-1可顯著提高iPS重編程效率。抑制CAF-1表示出除了可促進(jìn)分化細(xì)胞誘導(dǎo)為多能性細(xì)胞，還促使細(xì)胞轉(zhuǎn)分化，講明CAF-1守衛(wèi)體細(xì)胞特性，阻抑轉(zhuǎn)錄因子誘導(dǎo)細(xì)胞命運(yùn)的轉(zhuǎn)換。結(jié)合本課題組前期的試驗(yàn)結(jié)果，猜想CAF-1介導(dǎo)H3.1/3.2與H3.3的置換可能會(huì)導(dǎo)致克隆胚胎重編程失敗。以下為參考文獻(xiàn)[1]STILLMANB.ChromatinassemblyduringSV40DNAreplicationinvitro[J].Cell,1986.45(4)555-565.[2]SMITHS,STILLMANBPurificationandcharacterizationofCAF-I,ahumancellfactorrequiredforchromatinassemblyduringDNAreplicationinvitro[J].Cell,1989,58(1):15-25.[3]UWADAJ,TANAKAN,YAMAGUCHIY,etal.Thep150subunitofCAF-1causesassociationofSUMO2/3withtheDNAreplicationfoci[J]BiochemBiophysResCommun,2018,391(1):407-413.[4]THIRUA.NIETLISPACHD,MOTTHR,etal.StructuralbasisofHP1/PXVXLmotifpeptideinteractionsandHP1localisationtoheterochromatin[J]EMBOJ,2004,23(3)-489-499.[5]MATTIROLIF,GUYJ,YADAVT,etal.DNA-mediatedassociationoftwohistone-boundcomplexesofyeastChromatinAssemblyFactor-1(CAF-1)drivestetrasomeassemblyinthewakeofDNAreplication[J]eLife,2021,6:e22799.[6]ZHANGK,GAOY,LIJJ,etal.ADNAbindingwingedhelixdomaininCAF-1functionswithPCNAtostabilizeCAF-1atreplicationforks[J]NucleicAcidsRes,2021,411;:5083-5094.[7]TANGY,POUSTOVOITOVMV,ZHAOKH,etal.StructureofahumanASF1a-HIRAcomplexandinsightsintospecificityofhistonechaperonecomplexassemby[J]NatStructMolBiol,2006,13(10):921-929.[8]TYLERJK,COLLINSKA,PRASAD-SINHAJ,etal.InteractionbetweentheDrosophilaCAF-1andASF1chromatinassemblyfactors[J].MolCellBiol,2001,21(19):6574-6584.[9]ENGLISHCM.ADKINSMW,CARSONJJ,etal.StructuralbasisforthehistonechaperoneactivityofAsf1[J].Cell,2006,127(3):495-508.[10]TAGAMIH,RAY-GALLETD,ALMOUZNIG,etal.HistoneH3.1andH3.3complexesmediatenucleosomeassemblypathwaysdependentorindependentofDNAsynthesis[J.CeI,200.116(1):51-61.[1]VERREAULTA,KAUFMANPD,KOBAYASHIR,etal.NucleosomeassemblybyacomplexofCAF-1andacetylatedhistonesH3/H4[J]Cell,1996,87(1);:95-104.[12]TAUNTONJ,HASSIGCA,SCHREIBERSLAmammalianhistonedeacetylaserelatedtotheyeasttranscriptionalregulatorRpd3p[J]Science,1996,272(5260):408-411.[13]SONGJJ,GARLICKJD,KINGSTONRE.StructuralbasisofhistoneH4recognitionbyp55[J]GenesDev,2008,22(10):1313-1318.[14]SAUERPV,GUYJ,LIUWH,etal.Mechanisticinsightsintohistonedepositionandnucleosomeassemblybythechromatinassemblyfactor-1[J].NucleicAcidsRes2021,46(19):9907-9917.[15]VOLKA,CRISPINOJD.Theroleofthechromatinassemblycomplex(CAF-1)anditsp60subunit(CHAF1b)inhomeostasisanddisease[J]BiochimBiophysActaGeneRegulatMech,2021,1849(8):979-986.[16]LIQ,ZHOUH,WURTELEH,etal.AcetylationofhistoneH3lysine56regulatesreplication-couplednucleosomeassembly[J].Cell,2008,134(2)-244-255.[17]HUANGTH,FOWLERF,CHENCC,etal.ThehistonechaperonesASF1andCAF-1promoteMMS22L-TONSL-mediatedRad51LoadingontossDNAduringhomologousrecombinationinhumancells[J]MolCell,2021,69(5)-879-892.e5.[18]TJEERTESJV,MILLERKM,JACKSONSP.ScreenforDNA-damage-responsivehistonemodificationsidentifiesH3K9AcandH3K56Acinhumancells[J].EMBOJ,2018,28(13):1878-1889.[19]VEMPATIRK,JAYANIRS,NOTANID,etalp300-mediatedacetylationofhistoneH3lysine56functionsinDNAdamageresponseinmammals[J].JBiolChem,2018,285(37):28553-28564.[20]BURGESSRJ,ZHOUH,HANJH,etal.AroleforGcn5inreplication-couplednucleosomeassembly[J].MolCell,2018,37(4):469-480.[21]ALLISCD,CHICOINELG,RICHMANR,etal.Deposition-relatedhistoneacetylationinmicronucleiofconjugatingTetrahymena[J].ProcNatlAcadSciUSA,1985,82(23):8048-8052.[22]SOBELRE,COOKRG,ALLISCD.Non-randomacetylationofhistoneH4byacytoplasmichistoneacetyltransferaseasdeterminedbynovelmethodology[J].JBiolChem,1994,269(28):18576-18582.[23]SOBELRE,COOKRG,PERRYCA.etal.Conservationofdeposition-relatedacetylationsitesinnewly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