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在真核生物中,遗传信息储存在染色质当中;染色质是由串珠样核小体构成的。在核小体中,147bp DNA缠绕在由一分子H3-H4异四聚体和两分子的H2A-H2B组成的八聚体之上。DNA的核小体封装对于遗传信息的储存很重要;但是这种封装又会使得DNA难以被读取,进而阻碍DNA复制,DNA转录以及DNA损伤修复进程。这就要求核小体处于一个组装和去组装的动态过程使得细胞既以保持基因组的完整性,又可以进行表观遗传调控。核小体的组装是一个分步进行的过程:H3-H4异四聚体首先与DNA结合,随后两分子的H2A-H2B依次沉积,完成核小体的组装。然而酸性的DNA与碱性的组蛋白的非特异相互作用会形成高聚物,因此精细的组装过程需要组蛋白分子伴侣的调控。NAP1(Nucleosome Assembly Protein 1)是一个广为人知的组蛋白分子伴侣,它在真核生物中高度保守。NAP1的盐浓度依赖的多聚化特性被广为报道,但是已解析的NAP1晶体结构全部为同二聚体,其多聚化的分子机制始终不清楚。NAP1可以在体内结合H2A-H2B(H2A.Z-H2B)和H1,在体外还可以结合H3-H4,并且被广泛用作体外的核小体组装。人们在对NAP1识别H2A-H2B的分子机制进行大量的研究,最终解析了酵母源6.7A的酿酒酵母NAP1(scNAP1)-H2A-H2B晶体结构,但是低分辨率限制了人们对其作用机理的认知;更为重要的是该晶体结构中H2A的“docking”结构域被遮挡而不能解释NAP1如何参与核小体的组装。在本论文第三章,我们通过生化实验证明秀丽线虫源NAP1核心区域(ceNAP1c)具有完整的组蛋白分子伴侣活性,并且发现单独的ceNAP1c在200mMNaCl低盐条件下主要表现为同二聚体和同四聚体的混合物。我们进一步解析了 ceNAP1c的同二聚体晶体结构,通过与scNAP1的结构比对,发现ceNAP1具有不同的凹面酸性电荷分布(形成带状酸性区域),预示着ceNAP1具有不同于scNAP1的H2A-H2B识别模式。我们通过进一步的ceNAP1晶体堆积分析和相应的突变实验,确定了 ceNAP1的碱性β5-β6区域和“带状酸性区域”是四聚化主要界面,并提出了低盐诱导的多聚化模型。在本论文第四章,我们解析了高分辨率的ceNAP1-H2A-H2B晶体结构,通过结构分析,一分子NAP1同二聚体像手指一样“捏住”一分子H2A-H2B异二聚体。突变实验证明NAP1凹面之上的“酸性带状区域”是识别H2A-H2B的关键区域。多细胞生物中保守的“酸性带状区域”使得ceNAP1以不同于scNAP1的方式识别H2A-H2B;这种识别并不阻挡H2A的“docking”结构域,揭示了 NAP1核小体组装功能的分子机制。我们还通过ceNAP1-H2A.Z-H2B晶体结构的解析和H3-H4相关生化实验发现NAP1广泛识别组蛋白折叠模式的关键:保守的“酸性带状区域”。“酸性带状区域”既参与了 NAP1的多聚化也参与了 H2A-H2B的识别,但是二者是“兼容的”:即ceNAP1-H2A-H2B复合物在200mM NaC1条件下表现为 ceNAP1-H2A-H2B 和(ceNAP 1-H2A-H2B)2 的混合物。在第五章,我们关注了 NAP1的另外一个重要功能:体内识别H1并且参与染色质的重塑的功能。我们组装了果蝇源NAP1(droNAP1)-果蝇源H1.1(droH1.1),ceNAP1c-ceH1.1,ceNAP1c-ceH1.X 以及 ceNAP1c-ceH1.1-H2A-H2B,确定了最简化的识别模型,为进一步的结构解析奠定了基础。