2020年11月11日，董爱武和沈文辉团队于《自然通讯》(Nature Communications)，在线发表题为“OsChz1 acts as a histone chaperone in modulating chromatin organization and genome function in rice”的研究论文，揭示了水稻组蛋白分子伴侣OsChz1调控染色质结构与基因表达的分子机制。
染色质是真核生物承载遗传和表观遗传信息的载体，核小体是染色质的基本结构和功能单位，由145-147bp的DNA双链以左手螺旋环绕核心组蛋白八聚体构成。真核生物DNA复制、转录与修复一直伴随着核小体的组装/去组装过程，该过程需要依赖组蛋白分子伴侣的帮助。已有的研究发现酵母Chz1是组蛋白变体 H2A.Z特异的组蛋白分子伴侣，系统进化树分析显示在酵母、真菌、植物及动物中都存在Chz1同源蛋白，但目前对Chz1蛋白的功能研究仅在酵母中被报道。
为了解析高等生物Chz1同源蛋白的功能，董爱武和沈文辉团队对水稻OsChz1进行了比较深入的研究。通过体外结合实验，发现OsChz1既能结合常规组蛋白 H2A-H2B也能结合组蛋白变体H2A.Z-H2B，而且OsChz1的C端（OsChz1-C）更偏爱结合H2A-H2B。OsChz1-H2A-H2B复合物晶体结构显示：H2A-H2B参与结合 OsChz1 的位点在H2A和H2A.Z中都很保守，而且主要的结合位点位于H2B。为了研究OsChz1的生物学功能，通过基因敲除获得了多个水稻oschz1突变体，发现OsChz1的缺失会导致水稻多种生长发育缺陷。MNase-seq和ChIP-seq分析发现:突变体oschz1与野生型相比，核小体密度在基因组范围内整体下降，组蛋白变体H2A.Z的分布也明显下降，表明OsChz1可能同时参与DNA复制依赖型和非DNA复制依赖型两种核小体组装过程。MNase-seq/ChIP-seq结合RNA-seq分析发现，核小体密度和H2A.Z的富集水平与基因表达呈负相关关系。另外，ChIP-seq分析还发现OsChz1蛋白在基因组的分布与H2A.Z及转录抑制标记H3K27me3和H3K4me2一致，与转录激活标记H3K4me3和H3K36me3不同。综上所述，该研究证明水稻OsChz1作为H2A-H2B和 H2A.Z-H2B共同的分子伴侣，通过调控核小体的密度及组蛋白变体H2A.Z的分布，动态调控高等真核生物的染色质结构，进而调控其发育过程。
a. OsChz1缺失导致水稻多种生长发育缺陷；b. OsChz1-H2A-H2B复合物的晶体结构
c. OsChz1缺失导致全基因组范围核小体密度的下降；d. OsChz1缺失导致全基因组范围H2A.Z的富集水平下降
董爱武和沈文辉团队的博士研究生杜康兮、罗强和尹刘翻为本文的共同第一作者，董爱武教授与沈文辉教授为共同通讯作者，晶体结构分析由甘建华教授指导，该研究工作由自然科学基金委和复旦大学遗传工程国家重点实验室资助。
全文链接：www.nature.com/articles/s41467-020-19586-z