正文
近缘鼠种的近着丝粒卫星DNA采用不同的DNA形态
(Credit:
Nature
)
图中描述了小家鼠(Mus musculus)和阿尔及利亚鼠(Mus spretus)的主要(major)和次要(minor)卫星DNA的组织形式,展示了两种鼠类近着丝粒区域卫星DNA的分布差异。
b,c. CENP-A 和 H3K9me3 ChIP实验结果
从小家鼠和阿尔及利亚鼠的肝组织中提取染色质,经过微核酸酶(MNase)消化后进行CENP-A和H3K9me3的染色质免疫共沉淀(ChIP)。通过计算富集倍数(ChIP样本中比对至主要或次要卫星的reads占比与输入样本的比值),发现小家鼠和阿尔及利亚鼠的主要和次要卫星DNA在CENP-A和H3K9me3标记上呈现不同的分布模式。
d,e. 卵母细胞中卫星DNA的形态差异
在小家鼠与阿尔及利亚鼠的杂交卵母细胞中,通过荧光标记(TALE–mClover和dCas9–mCherry)观察主要和次要卫星DNA的形态,同时用H3K9me3进行免疫染色。结果表明,小家鼠和阿尔及利亚鼠的近着丝粒区域在形态和H3K9me3标记比例上存在显著差异。
f. 肝细胞核中近着丝粒区域的H3K9me3分布
在小家鼠和阿尔及利亚鼠的肝细胞核中,使用针对CENP-B盒(次要卫星)的荧光原位杂交(FISH)和H3K9me3免疫染色,显示两种鼠类在近着丝粒区域的H3K9me3分布上存在明显差异。
g,h. 小家鼠和阿尔及利亚鼠肝细胞核的DNA形态差异
通过SYTOX Green和DAPI对细胞核中的DNA进行染色,并使用抗着丝粒抗体标记近着丝粒区域,发现两种鼠类在核内DNA分布和近着丝粒形态上的差异。Pearson相关系数分析显示,小家鼠和阿尔及利亚鼠在核内SYTOX Green与DAPI信号的相关性上存在显著不同。
i–l. 卫星DNA的A+T富集区特征
在小家鼠主要和次要卫星DNA序列中,比较其A+T富集四核苷酸区域的特征。尽管两种卫星DNA的整体A+T含量相似(63-66%),但次要卫星DNA中A和T碱基更倾向于形成连续聚集区。统计分析显示,在每234 bp(单个主要卫星重复单位长度)中,次要卫星DNA具有更多连续的A或T碱基,表明其DNA形态可能更倾向于形成狭窄的DNA小沟。
在雌性减数分裂中,染色体的精确分离是确保卵母细胞正常发育和后代健康的重要前提。而卫星DNA(satellite DNA)则扮演了这个复杂过程中的“指挥家”角色,通过调控染色质的组织方式,确保染色体的正确分配。
减数分裂中,动粒(kinetochore)是染色体分离的核心结构,它连接着丝粒(centromere)区域和纺锤体微管网络,指导染色体向两极移动。然而,卫星DNA的形态直接影响了着丝粒周围异染色质的组织,从而调控动粒的功能。该研究发现,当卫星DNA形态异常时,动粒结构的完整性受损,导致微管附着失败或纺锤体装配延迟,进而引发染色体分离的紊乱。
通过小家鼠与阿尔及利亚鼠杂交实验,研究者进一步揭示了HMGA1蛋白在这一过程中不可或缺的作用。HMGA1能够精准结合卫星DNA的形态特征,调控异染色质的形成和稳定,从而为动粒和纺锤体提供一个稳固的分子平台。当HMGA1缺失或功能受损时,卫星DNA的伸展性显著增加,导致动粒与纺锤体的连接断裂,这种异常最终会导致染色体的不对称分配。
值得一提的是,这种“卫星协奏曲”的动态调控机制不仅体现在个体发育中,也在跨物种的进化中留下了痕迹。小家鼠和阿尔及利亚鼠在卫星DNA序列上的差异,暗示了快速演化如何影响其形态与功能之间的平衡。这种微观尺度上的动态平衡为我们理解染色体行为提供了新的启示,也为深入探索基因组稳定性与多样性之间的关系提供了重要线索。