真核生物核小體由147 bp DNA以左手螺旋的方向包裹纏繞在組蛋白八聚體上。核小體組裝有著複雜的調控機制，可以分為DNA複製耦合型核小體組裝和DNA複製非依賴型核小體組裝。組蛋白分子伴侶蛋白在這一過程中發揮重要作用，通過參與組蛋白的運輸、組裝過程中組蛋白的摻入及替換，影響染色質狀態的形成和動態調節，進而影響基因轉錄水平。目前對於DNA複製耦合型核小體組裝過程中舊鏈卸載組蛋白的重新組裝機制了解甚少，且發現的相關分子伴侶蛋白也很少。DNA複製相關蛋白MCM10已發現超過三十餘年，大量的研究表明其在DNA複製的起始、延伸及損傷修復等過程中發揮作用。但由於在酵母、動物等物種中MCM10的缺失突變體致死，使得MCM10的功能研究受限，MCM10在生物體內的具體功能及機制還有待進一步研究。
JIPB近日在線發表了中國農業大學鞏志忠和深圳大學杜璇研究組題為「AtMCM10 promotes DNA replication-coupled nucleosome assembly in Arabidopsis」的研究論文（https://doi.org/10.1111/jipb.13438）。該研究發現，在DNA複製過程中，複製相關蛋白AtMCM10可與新合成的及染色質相關的組蛋白H3-H4互作，並通過與PCNA及ssDNA結合，將組蛋白組裝到鄰近的dsDNA上，影響表觀遺傳傳遞和染色質微環境，進而影響基因的表達。
圖. AtmCM10參與DNA複製耦合型核小體組裝的機制
鞏志忠課題組一直致力於尋找表觀遺傳方面更多調控基因表達的新組分。通過EMS誘變，篩選報告基因NPTII表達的突變體，NPTII基因的表達會使得突變體在含Kan的MS培養基上正常生長，表現出抗Kan的表型。Atmcm10-1是篩選並鑑定到的一個具有抗Kan表型的突變體。在動物及酵母的研究中表明，MCM10參與DNA複製、損傷修復等過程，MCM10的突變會造成非常嚴重甚至致死的表型，說明MCM10蛋白在DNA複製過程中具有不可替代的功能。然而，在擬南芥中AtMCM10的缺失並不影響DNA複製。Atmcm10突變體中組蛋白H3、H4的總量明顯降低，ATAC-seq測序分析及MNase-qPCR檢測顯示Atmcm10中核小體密度降低。AtMCM10可與多種組蛋白、組蛋白分子伴侶蛋白、染色質重塑蛋白等形成複合體，且對ssDNA的結合具有偏好性。體外核小體組裝實驗表明,AtMCM10可以將組蛋白組裝到ssDNA-dsDNA上，具有組裝核小體的功能。CAF1是DNA複製耦合型核小體組裝過程中的分子伴侶蛋白,參與新合成組蛋白的組裝。通過遺傳實驗分析發現, AtMCM10與CAF1兩個亞基FAS1、FAS2的雙突變體致死，這表明在新合成組蛋白組裝過程中AtMCM10可能與CAF1複合體具有部分冗餘性。有意思的是，AtMCM10還可以結合染色質相關組蛋白，並且Atmcm10突變體中H3K27me1/3明顯降低，暗示著AtMCM10可能也參與DNA複製耦合型核小體組裝過程中舊鏈卸載組蛋白的循環利用，而這一過程進一步影響表觀遺傳信息從母鏈傳遞到子鏈。因此該研究揭示了複製相關蛋白AtMCM10的核小體組裝功能，也為舊鏈卸載組蛋白循環利用的研究進程添加了新成員。
鞏志忠實驗室的博士生趙新傑為論文第一作者。鞏志忠教授和深圳大學博士後杜璇為共同通訊作者。該研究得到國家自然科學基金的資助。
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