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f***y
发帖数: 4447 | 1 http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2014/4/292863.shtm
中国科学家率先解析生命信息载体的结构奥秘
一个困扰生物学界30余年的最基本问题被中国科学家破解了。
据来自中国科学院方面的确切消息，4月25日，美国Science杂志将以长篇幅研究论文形
式报道中科院生物物理研究所一项关于30nm染色质高级结构解析的重大成果，标志中国
科学家在这个现代分子生物学难题上的研究得到世界同行的认可。该论文的评审人评论
该成果是“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”。
61年前，同样是在4月25日，剑桥大学卡文迪许实验室的沃森和克里克在英国Nature杂
志上发表了一篇划时代的论文，向世界宣告他们发现了DNA的双螺旋结构，揭开了遗传
信息如何传递这个“生命之谜”。这个发现使生命科学的研究深入到分子层次，开启了
现代分子生物学时代，成为20世纪最伟大的科学发现之一。
虽然DNA是遗传信息的载体，但DNA在生命体内并不是独立存在的，任何遗传信息的传递
和调控等生命活动都是在DNA与其所缠绕的蛋白质形成的染色质这个“生命信息载体”
上进行的——
人的基因组含有大概30亿对碱基，如果把一个细胞中的所有这些碱基对集中到一根DNA
“绳子”上，它的长度大概是两米。两米长的DNA如何安放在直径只有几个微米的细胞
核里？在现代生物学的教科书里，这个过程分4步完成：DNA双螺旋“绳子”缠绕在组蛋
白上形成核小体；核小体密集堆积形成直径为30nm左右的管状螺旋体，即30nm染色质纤
维；螺线管再进一步螺旋化成为直径为0.4微米的超螺旋体；最后，超螺旋体进一步折
叠盘绕成可以在光学显微镜下看到的染色体。通过以上4步，DNA的长度被凝缩至原来的
8400分之一左右。
科学探索到这里遭遇了瓶颈。以上4个过程分别对应着四级结构，30nm染色质纤维是DNA
凝缩模型的第二级结构，在分子层次，任何有关DNA的生命活动都在由DNA与其所缠绕的
组蛋白组装形成的染色质这个结构平台上进行。染色质的三维空间高级精细结构一直是
研究者孜孜以求的信息，但却迟迟没有得到破解。在现代生物学的教科书里，关于染色
质二级结构的一种广泛推测是：6个核小体组成一圈形成中空结构的螺旋体，即30nm染
色质纤维。
这种推测的螺线管模型被中科院的最新研究结果所推翻。该院生物物理研究所朱平研究
组、李国红研究组、许瑞明研究组合作首次解析了30nm的高分辨率三维结构并提出了一
种全新的染色质纤维结构模型，该模型揭示30nm染色质纤维是以4个核小体为结构单元
，各单元之间通过相互扭转形成一个左手双螺旋高级结构，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。
不过，这个研究之路并不容易，由于细胞核内的染色质结构高度变化，受多种因素的影
响，难以获得适合高分辨率结构研究、高度均一的样品。再加上对于30nm染色质的高分
辨率研究在国际上缺乏系统的研究手段，30多年来，研究一直未有突破性进展。
“体内不行，移到体外。”生物物理研究所李国红研究组依据多年在30nm染色质和表观
遗传学的研究积累，建成一套染色质体外重建和结构分析平台，获得了适合体外研究的
高度均一的样品。朱平研究组进一步利用冷冻电镜单颗粒三维重构方法获得了30nm染色
质纤维的高分辨率三维重构结果。据介绍，在这两个研究组的合作下，世界上首次解析
的染色质清晰高级结构图由此诞生。
该研究团队称，这个结果将染色质的高级结构组装、表观遗传调控机制的研究往前推了
一大步，并为预测体内染色质结构建立的分子基础以及各种表观遗传调控因素的可能机
理提供了可靠的结构基础。 | f***y
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