NAR | 许可/张一小/尹贻蒙/陈春来合作揭示先锋转录因子RFX5调控核小体状态的分子机制

真核生物细胞中，大部分基因组DNA被组蛋白八聚体缠绕形成核小体，并进一步 折叠 成染色质，维持 基因调控网络的稳定 ，但同时也对转录因子形成了天然屏障。然而，一类 被 称为“先锋转录因子”（pioneer transcription factor）的特殊因子能够突破这一障碍。它们能直接结合核小体，并可以靶向沉默状态的染色质， 随后招募其他表观因子、染色质重塑蛋白等，改变染色质可及性进而调控基因表达网络，建立细胞的新命运【1,2】。

RFX5 是 目前唯一被报道具有此类“先锋”功能的R FX 家族成员 ，主要参与 第二类主要组织相容性复合体（ class II major histocompatibility complex, MHC II） 的 表达调控，其功能缺失会导致裸淋巴细胞综合征 （ Bare lymphocyte syndrome, BLS）等疾病【3】。前期研究表明，RFX5在体外 可以 结合核小体，并在体内能够介导核小体重塑，但其具体的分子机制 尚未明确【4】。

2025年7月31日，同济大学医学院 附属上海市第四人民医院许可教授 、尹贻蒙教授、 上海有机化学研究所张一小研究员 和清华大学生命科学学院陈春来副教授 联合在 Nucleic Acids Research 上发表了文章Structural basis of nucleosome binding and destabilization by the extended DNA binding domain of RFX5，首次从结构层面揭示了RFX5如何结合核小体并调控其状态。

研究团队首先通过 NCAP-SELEX技术筛选获得了RFX5高亲和力的核小体DNA序列，并在此基础上利用冷冻电镜技术解析了RFX5延长DNA结合域（eDBD）与核小体复合物的结构（分辨率3.3 Å） 。结构显示， RFX5 eDBD 结合在核小体S HL +2 位置，通过大量氢键和 DNA 结合。同时，R FX5 的 G lu 102 和组蛋白H 2A 的 Arg78 和H 2B 的 S er 57 之间形成氢键。这种转录因子与 组蛋白 的 相互作用 ， 在多个先锋转录因子中被证明对其 结合 核小体至关重要，提示Glu102可能是RFX5实现核小体结合的关键位点。 此外，R FX5 的结合引发了 结合位点DNA 的局部 扭曲，并 诱导S HL -4 以外的 DNA从核小体上解离， 显著提高 了DNA的可及性 。为验证这一结构变化，研究人员开展了 MNase酶切实验， 发现 RFX5-核小体复合物的消化产物显著短于 单独 核小体，提示 复合体中的 DNA更 容易 被酶切。进一步的FRET实验 也观察到R FX5结合后FRET信号显著降低，反映DNA 末端从核小体上解离 。这些结果 从结构与功能两个层面 共同 验证 了RFX5 通过 结合 核小体，提升核小体D NA 可及性的能力。

为探究R FX5 在细胞内和核小体的结合特征，研究团队分析了 HEK293和H9细胞 的 MNase-ChIP数据 ，结果 显示RFX5可以结合 于 核小体的多个位置，并且在SHL +2位置处有明显的富集信号。进一步 分析 发现，当RFX5结合在核小体SHL +2位置时，核小体SHL –4 之外的DNA 区域 显著富集了其他转录因子的结合位点（ motif）， 提示 RFX5介导的核小体DNA可及性增加 ， 为后续 其他 转录因子结合创造了有利条件。

总之，该研究提供了RFX5结合核小体并打开DNA的结构证据，为先锋转录因子调控核小体状态的分子机制提供了新的见解。

同济大学医学院附属上海市第四人民医院许可教授、尹贻蒙教授、上海有机化学研究所张一小研究员和清华大学生命科学学院陈春来副教授 为 该 论文的共同通讯作者。同济大学医学院薛皖强、田英 、 上海有机化学研究所韩瑶瑶和清华大学生命科学学院王君正为该研究的共同第一作者。

原文链接：https://doi.org/10.1093/nar/gkaf734

制版人： 十一

参考文献

1. M. Iwafuchi-Doi, K. S. Zaret, Cell fate control by pioneer transcription factors.Development143, 1833-1837 (2016).

2 . A. Barral, K. S. Zaret, Pioneer factors: roles and their regulation in development.Trends Genet40, 134-148 (2024).

3. V. Steimle, B. Durand, E. Barras, M. Zufferey, M. R. Hadam, B. Mach, W. Reith, A novel DNA-binding regulatory factor is mutated in primary MHC class II deficiency (bare lymphocyte syndrome).Genes Dev9, 1021-1032 (1995).

4. F. Zhu, L. Farnung, E. Kaasinen, B. Sahu, Y. Yin, B. Wei, S. O. Dodonova, K. R. Nitta, E. Morgunova, M. Taipale et al., The interaction landscape between transcription factors and the nucleosome.Nature562, 76-81 (2018).

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