庄小威研究组2013再发Cell文章

来自哈佛大学，霍德华休斯医学院的研究人员发表了题为“ISWI Remodelers Slide Nucleosomes with Coordinated Multi-Base-Pair Entry Steps and Single-Base-Pair Exit Steps”的文章，利用单分子荧光共振能量转移技术，解析了一种重要的超家族酶如何协调重塑核小体，帮助完成核小体移位的。相关成果公布在Cell杂志上。

领导这一研究的是著名的华裔女科学家，哈佛大学庄小威（Xiaowei Zhuang）教授，庄教授早年毕业于中国科技大学少年班，34岁的时候就成为了哈佛大学正教授，并入选了去年公布的84位新晋美国科学院院士名单，她的当选刷新了最年轻美国科学院华人院士的纪录，可谓是传奇式人物。

ISWI(imitation switch)属于ATP依赖的染色质重塑复合物SWI2/SNF2超家族，它区别于其他SWI2/SNF2相关亚家族的特点是ATP酶亚基ISWI含有SANT结构域及SLIDE结构域。大量研究表明，ISWI家族成员参与细胞核内包括基因表达调控、DNA复制及染色质重塑等众多生物学过程，但是其在核小体移位中的作用，至今还不是很清楚。

在这篇文章中，研究人员利用单分子荧光共振能量转移技术 (single molecule fuorescence resonance energy transfer, smFRET)分析了ISWI家族在核小体移位中的作用。

在单分子技术出现之前，分子生物学实验结果往往只代表测量时间内大量分子的平均行为，而生物体系一般是不均一的体系。因此监测单个分子的行为具有重要的意义。当单个荧光基团 (fuores-cence fuorophore) 标记到目标分子后，它能在多方面去探测目标分子。比如通过荧光成像技术可以了解目标分子在细胞内的空间分布。

当一个分子或两个相互作用的分子上标记两个不同的荧光基团后，一个是在能量转移过程中提供能量，即供体D(donor)；另一个接受能量，即受体A(acceptor)。这样可以运用荧光共振能量转移 (fuorescence resonance energy transfer, FRET) 技术来对体系进行研究。因此，比单个荧光基团标记更具有优势，称为单分子荧光共振能量转移(single molecule fuorescence resonance energy transfer,smFRET) 技术。

smFRET近年来发展迅猛，在研究蛋白质折叠和构象变化、RNA折叠和催化、膜融合蛋白和肌动蛋白的运动，以及信号转导等方面相当有效。由于其能在单个分子内或分子复合物中，以纳米级别，实时追踪变化，因此可用于解答许多重要的生物学问题。
庄小威研究组采用smFRET方法获得了不少重要的研究成果，这项研究也采用了这种方法发现不同的ISWI家族成员能以相似的步骤模式，通过酶催化亚基完成核小体移位。这过程具体为：7 bp的DNA移位，然后是3 bp朝着核小体外侧移动。

研究人员还发现在核小体入口侧上的DNA移动，只出现在7 bp的移位出口侧，而3 bp的每个入口侧步骤能令另外三个碱基移动到出侧。这些研究结果指出，这种重塑机制在不同核小体位点具有良好的协调性，从而完成这种多步骤的DNA移动过程。

今年庄小威研究组还在Science杂志上，详细介绍了smFRET技术如何设置，如何操作等步骤，指出可以利用这种技术来监控构象动态，为解析核小体重塑等生物分子进程提供实时的检测手段。

原文链接：

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ISWI Remodelers Slide Nucleosomes with Coordinated Multi-Base-Pair Entry Steps and Single-Base-Pair Exit Steps

ISWI-family enzymes remodel chromatin by sliding nucleosomes along DNA, but the nucleosome translocation mechanism remains unclear. Here we use single-molecule FRET to probe nucleosome translocation by ISWI-family remodelers. Distinct ISWI-family members translocate nucleosomes with a similar stepping pattern maintained by the catalytic subunit of the enzyme. Nucleosome remodeling begins with a 7 bp step of DNA translocation followed by 3 bp subsequent steps toward the exit side of nucleosomes. These multi-bp, compound steps are comprised of 1 bp substeps. DNA movement on the entry side of the nucleosome occurs only after 7 bp of exit-side translocation, and each entry-side step draws in a 3 bp equivalent of DNA that allows three additional base pairs to be moved to the exit side. Our results suggest a remodeling mechanism with well-defined coordination at different nucleosomal sites featuring DNA translocation toward the exit side in 1 bp steps preceding multi-bp steps of DNA movement on the entry side.

来源：生物通