中科院生物物理所长期从事冷冻电镜三维结构研究的朱平研究员和长期从事30nm染色质及表观遗传调控研究的李国红研究员通过多年的紧密合作和不懈努力,发挥各自专长和优势,成功建立了一套染色质体外重建和结构分析平台,利用一种冷冻电镜单颗粒三维重构技术在国际上率先解析了30nm染色质的高清晰三维结构,在破解“生命信息”的载体——30nm染色质——的高级结构研究中取得了重要突破。
该结构揭示了30nm染色质纤维以4个核小体为结构单元;各单元之间通过相互扭曲折叠形成一个左手双螺旋高级结构。同时,该研究也首次明确了连接组蛋白H1在30nm染色质纤维形成过程中的重要作用。
本研究论文的评审人评论说,“30nm染色质结构是最基本的分子生物学问题之一,困扰了研究人员30余年”,该结果是“目前为止解析的最有挑战性的结构之一”,“在理解染色质如何装配这个问题上迈出了重要的一步”。
高等生物的遗传信息储存在染色体的DNA中,每一个体具有200多种不同细胞,这些细胞都是从单个受精卵细胞发育分化而来的,具有相同的遗传信息,但是他们的形态和生理功能却大相径庭。研究表明,生命体通过调控细胞核内染色质结构(特别是30nm染色质高级结构)的动态变化来有选择性地进行基因的激活和沉默,从而控制细胞自我维持或定向分化,决定细胞的组织特异性和细胞命运,进而形成复杂的组织、器官和个体。因此,研究染色质的高级结构及其调控机制对于理解细胞增殖、发育及分化过程中一些重要基因的表达差异及表观遗传学调控机理具有十分重大的意义。