基础医学院陈萍教授团队揭示FACT介导macroH2A清除机制及其在巨噬细胞功能调控中的作用

近日，首都医科大学基础医学院陈萍教授团队与中国科学院合作者在《Molecular Cell》发表题为“FACT Mediates the Depletion of macroH2A1.2 to Expedite Gene Transcription”的研究论文。该研究全面揭示了组蛋白变体macroH2A通过S139关键位点调控分子伴侣FACT核小体维持功能的分子机制，并探讨这一机制在基因转录激活及巨噬细胞功能活化过程中的作用。《Molecular Cell》同期刊发巴塞罗那大学和何塞普-卡雷拉斯白血病研究所（Josep Carreras Leukaemia Research Institute）Marcus Buschbeck教授团队为该文章撰写的专题preview “A FACT about macroH2A removal in immune gene activation”，对我们的工作进行了专题解读和高度评价。首都医科大学基础医学院博士研究生纪登玉、罗岸峰和中国科学院生物物理研究所肖雪博士为该论文共同第一作者，首都医科大学基础医学院陈萍教授（末位通讯）和生物物理研究所李伟研究员为共同通讯作者。

真核细胞中，基因组DNA被包装形成染色质，从而为各种DNA相关生物学过程提供关键结构平台。组蛋白分子伴侣FACT（Facilitates Chromatin Transcription）复合物在真核生物中高度保守。研究发现FACT在基因转录、DNA复制及损伤修复等染色质相关过程中发挥至关重要的功能。然而，FACT如何与染色质互作并在不同染色质状态中发挥不同的生物学功能，仍是一个有待深入研究的问题。macroH2A作为组蛋白H2A分子量最大的变体，以其独特的linker和macro结构域，在X染色体失活、胚胎发育、细胞代谢及肿瘤发生等多个过程中发挥重要调控作用。尽管早期研究发现FACT能够通过从染色质转录区域清除macroH2A，在macroH2A全基因组定位的建立和维持中发挥重要作用，但变体macroH2A如何影响核小体状态及其与FACT在基因转录功能上的互作机制仍需进一步阐明。

该研究首先通过利用体外核小体组装体系结合自主建立的高时空分辨单核小体磁镊操控技术，深入解析了macroH2A的macro结构域和linker结构域对核小体稳定性及结构动力学过程的影响。实验结果显示，macroH2A并不直接调控核小体的稳定性。然而相较于常规H2A，macroH2A具有更强的招募FACT结合到核小体上的能力。单分子定量研究揭示FACT发挥介导macroH2A核小体清除功能，发现FACT结合macroH2A核小体后，显著降低核小体稳定性，并破坏FACT维持核小体功能。进一步结构截短研究显示macroH2A的linker结构域在调控FACT功能中发挥主要作用。对linker结构域进行的点突筛选中， S139位点被发现是调控FACT维持核小体功能的关键位点。

在巨噬细胞M1极化过程中，研究团队利用全基因组测序分析，揭示了FACT介导的macroH2A清除机制在基因转录及巨噬细胞功能状态调控中发挥重要作用。通过GO分析，发现FACT介导的macroH2A清除功能直接调控巨噬细胞M1功能，包括“炎症反应”、“NF-κB信号通路”和“吞噬功能”等及相关基因的转录。逆转FACT介导macroH2A清除功能的macroH2AS139A/E突变显著降低M1相关基因的表达和细胞吞噬功能。这一工作从分子水平上明确了FACT复合物与变体macroH2A的互作机制，为深入理解变体macroH2A与FACT复合物在基因转录调控中的作用机制提供新的分子理论基础，也为理解macroH2A与FACT复合物在巨噬细胞功能调控中的作用提供依据。

该研究受国家自然科学基金重大项目（21991133）、面上基金（32370573、32271274和31770812）、国家重点研发计划（2022YFA0912400、2023YFA0913401）等资助。

陈萍，首都医科大学基础医学院教授，博士生导师。主要从事染色质表观遗传调控及其异常导致相关疾病的机制研究，在《Science》《Mol. Cell》《JACS》《NAR》等国际知名期刊发表论文30余篇,先后主持国家自然科学基金优秀青年科学基金项目、面上项目等5项，科技部国际科技创新合作重点专项子课题、中国科学院“卓越青年科学家”项目和北京市高层次留学人才回国资助等。