著絲粒是基因組中的特殊區(qū)域，是能通過顯微鏡識別的交叉形染色體的主縊痕,。細(xì)胞骨架在細(xì)胞分裂過程中牽連著著絲粒將染色體平均分配到兩個子細(xì)胞中,。在過去的研究中,，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)在大多數(shù)生物中染色體的位置并不取決于DNA的序列。
近期來自德國馬普免疫生物和表觀遺傳研究所的科學(xué)家們在新研究中證實一種DNA的包裝蛋白——組蛋白CenH3對染色體著絲粒的定位,、功能和遺傳起決定性作用,。這一研究發(fā)現(xiàn)或?qū)⒂兄谘芯咳藛T開發(fā)出可用于醫(yī)學(xué)基因治療的人類人工染色體（artificial human chromosomes），相關(guān)研究論文發(fā)表在11月4日的《科學(xué)》(Science)雜志上,。
著絲粒為蛋白質(zhì)復(fù)合體即動粒的形成提供平臺,。在細(xì)胞分裂過程中，動粒為細(xì)胞骨架提供一個附著點,，確保染色體向著細(xì)胞的兩極移動,。大多數(shù)生物體著絲粒的位置都不取決于DNA序列，而是受到表觀遺傳學(xué)調(diào)控,。唯一的例外就是單細(xì)胞的真菌面包酵母是通過特異的DNA序列“編碼”著絲粒的位置,。
此前，研究人員發(fā)現(xiàn)H3組蛋白的一種變異體即CenH3有可能是一種特殊的著絲粒表觀遺傳學(xué)標(biāo)記物,。組蛋白與DNA結(jié)合很大程度上不依賴于內(nèi)部序列,，并可幫助包裝長線狀的DNA分子。CenH3獨特地存在于各種生物體著絲粒的DNA區(qū)域,。在新研究中來自德國馬普免疫生物和表觀遺傳學(xué)研究所.Patrick Heun研究小組以及德國亥姆霍茲聯(lián)合會（Helmholtz Research Center）的研究人員發(fā)現(xiàn)僅靠CenH3就足以引發(fā)著絲粒形成,。
在一系列實驗中，研究人員將CenH3組蛋白裝配到了人工附著的DNA結(jié)合區(qū)域,，使這一蛋白能夠與沒有正常著絲粒形成的DNA區(qū)域結(jié)合,。隨后在細(xì)胞分裂過程中，出現(xiàn)了一個功能性的動粒,，并與細(xì)胞骨架相互作用,。利用這種方法，研究人員成功地在細(xì)胞分裂過程中將人工微型染色體分配到了兩個子細(xì)胞中,。這一蛋白還能分別招募其他的CenH3蛋白,。“這確保了在每次細(xì)胞分裂后著絲粒上有足夠的CenH3。不會隨著細(xì)胞分裂而使CenH3蛋白數(shù)量減半,。通過這種方式,，著絲粒的位置就能夠代代相傳下去，”Heun說,。
在面部酵母中由DNA確定的著絲粒位置通常是一成不變的,，而由蛋白確定的著絲粒位置則更容易發(fā)生改變,，這有可能在進(jìn)化中發(fā)揮了某些作用。盡管包含著高達(dá)數(shù)百萬個DNA組成元件,，著絲粒還是可以“跳躍”到其他位置而不引起DNA移動。因此,，在某些罕見的情況下,，新著絲粒有可能會在密切相關(guān)的猿類物種中出現(xiàn)。這些新著絲有可能促成了某些新物種的出現(xiàn),。
此外,，了解CenH3對于著絲粒的中心作用對于醫(yī)藥研發(fā)也具有非常重要的意義?？茖W(xué)家們或有可能制造出人類人工染色體替代病毒用于基因治療,。（生物谷Bioon.com)
doi:10.1126/science.1206880
PMC:
PMID:
Drosophila CENH3 Is Sufficient for Centromere Formation
María José Mendiburo , Jan Padeken , Stefanie Fülöp, Aloys Schepers, Patrick Heun1
CENH3 is a centromere-specific histone H3 variant essential for kinetochore assembly. Despite its central role in centromere function, there has been no conclusive evidence supporting CENH3 as sufficient to determine centromere identity. To address this question, we artificially targeted Drosophila CENH3 (CENP-A/CID) as a CID-GFP-LacI fusion protein to stably integrated lac operator (lacO) arrays. This ectopic CID focus assembles a functional kinetochore and directs incorporation of CID molecules without the LacI-anchor, providing evidence for the self-propagation of the epigenetic mark. CID-GFP-LacI–bound extrachromosomal lacO plasmids can assemble kinetochore proteins and bind microtubules, resulting in their stable transmission for several cell generations even after eliminating CID-GFP-LacI. We conclude that CID is both necessary and sufficient to serve as an epigenetic centromere mark and nucleate heritable centromere function.
延伸閱讀：Cell Research：組蛋白甲基化轉(zhuǎn)移酶G9a可在體內(nèi)對組蛋白H3第27位賴氨酸甲基化做出貢獻(xiàn)
ARID1B是能移除組蛋白H3賴氨酸4甲基基團以及在前列腺癌中正調(diào)控的一種去甲基化酶
PNAS：組蛋白變體介導(dǎo)表觀遺傳調(diào)控研究獲進(jìn)展
