在一项新的研究中，中国科学院生物物理研究所（Zhu Bing）朱冰教授课题组揭示了脊椎动物旁着丝粒异染色质（pericentric heterochromatin）起始的保守机制。相关研究结果于2024年7月3日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Targeting pericentric non-consecutive motifs for heterochromatin initiation”。

在脊椎动物中，旁着丝粒异染色质的组装机制仍然鲜为人知。为了确定以往基于基因筛选的研究中可能忽略的、负责建立旁着丝粒异染色质的因素，朱冰教授课题组开发了一种能够识别特定基因组位点附近蛋白质组的技术。

这种技术基于具有特定靶向能力的CRISPR/Cas9系统和具有近距离标记能力的APEX2系统。利用这种技术，他们能够识别小鼠胚胎干细胞中旁着丝粒异染色质附近的蛋白质组。

他们发现锌指蛋白ZNF512和ZNF512B通过与旁着丝粒异染色质DNA的特异性结合，定位于旁着丝粒异染色质区域。

此外，无论是在外源引入的重复区域还是在旁着丝粒异染色质区域中，锌指蛋白ZNF512和ZNF512B都能通过与SUV39H1和SUV39H2的直接相互作用将它们招募到特定位点，从而形成组蛋白H3K9me3介导的异染色质。

图片来自Nature, 2024, doi:10.1038/s41586-024-07640-5

他们证实来自不同物种的 ZNF512 和 ZNF512B 可以特异性地靶向其他脊椎动物的旁着丝粒异染色质区域。这种能力归功于 ZNF512 和 ZNF512B 锌指之间相同的锌指基序和保守的长接头（linker）。这些相同的锌指基序提供了识别重复 DNA 的能力，而较长的接头提供了识别非连续 DNA 序列的灵活性。

这项新的研究揭示了组成性旁着丝粒异染色质的从头建立机制，并解释了为什么脊椎动物中明显非保守的旁着丝粒异染色质序列仍然具有相同的组蛋白H3K9me3修饰。

此外，具有分裂锌指（split zinc finger）的锌指蛋白可以识别非连续的DNA序列的这一发现揭示了一种新的DNA识别模式，这对蛋白-DNA识别模式的研究具有重要意义。

这些结果可能会导致发现更多具有此类特征的蛋白，并对生物信息学家开发计算DNA结合基序的新算法提供启示。

参考资料：

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