PSCによるクロマチン修飾は、ヌクレオソームごとに1つのPSCで発生し、ヒストンH2Aの酸性パッチは必要ありません

クロマチンアーキテクチャは、酵素活性と非酵素活性の両方を通じて規制されています。たとえば、Polycombグループ（PCG）タンパク質は、一連のクロマチンベースのメカニズムを使用して発達遺伝子サイレンシングを維持しています。不可欠なショウジョウバエPCGタンパク質、後部性性櫛（PSC）は、クロマチンをコンパクトし、ヌクレオソーム架橋を含む非酵素メカニズムを介してクロマチンのリモデリングと転写を阻害します。ヌクレオソーム橋渡しは、ヌクレオソームの結合と自己相互作用の組み合わせによって達成されます。正確にPSCがクロマチンと相互作用してヌクレオソームを橋渡しする方法は知られておらず、この研究の主題です。スキャン透過型電子顕微鏡（STEM）を使用して、コンパクトクロマチン（ヌクレオソームが橋渡しされている）におけるPSC-クロマチン相互作用の化学量論を決定します。ヌクレオソームごとに1つのPSCで完全な圧縮が発生することがわかります。クロマチンの圧縮に加えて、PSCはヌクレオソームアレイをオリゴマー化することを示します。クロマチンのPSCを介したオリゴマー化は、ヌクレオソーム架橋も関与する可能性があることを示唆する圧縮として、同様の化学量論で発生します。ヒストンH4の尾とヒストンH2Aの酸性パッチとの相互作用は、クロマチンの折りたたみとオリゴマー化に重要であり、いくつかのクロマチンタンパク質はヒストンH2A酸性パッチに結合します。しかし、ヒストンH2Aの酸性パッチの変異は、クロマチンリモデリングまたはブリッジヌクレオソームを阻害するPSCの能力に影響しません。実際、PSCは橋渡し活性にヌクレオソームを必要とせず、裸のDNAセグメントを橋渡しすることができます。まばらに組み立てられたテンプレート上のPSCクラスターヌクレオソームは、それが裸のDNAよりもヌクレオソームと優先的に相互作用することを示唆しています。これは、PSCが遊離ヒストンに結合する能力が原因である可能性があります。私たちのデータは、各PSCがヌクレオソームと少なくとも1つの他のPSCに結合してヌクレオソームとコンパクトクロマチンを直接橋渡しするモデルと一致していますが、裸のDNAをコンパクトな構造に含めることもできます。私たちのデータが、クロマチンアーキテクチャを変更するために使用されるメカニズムの多様性をどのように強調しているかについて説明します。

Chromatin architecture is regulated through both enzymatic and non-enzymatic activities. For example, the Polycomb Group (PcG) proteins maintain developmental gene silencing using an array of chromatin-based mechanisms. The essential Drosophila PcG protein, Posterior Sex Combs (PSC), compacts chromatin and inhibits chromatin remodeling and transcription through a non-enzymatic mechanism involving nucleosome bridging. Nucleosome bridging is achieved through a combination of nucleosome binding and self-interaction. Precisely how PSC interacts with chromatin to bridge nucleosomes is not known and is the subject of this work. We determine the stoichiometry of PSC-chromatin interactions in compact chromatin (in which nucleosomes are bridged) using Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM). We find that full compaction occurs with one PSC per nucleosome. In addition to compacting chromatin, we show that PSC oligomerizes nucleosome arrays. PSC-mediated oligomerization of chromatin occurs at similar stoichiometry as compaction suggesting it may also involve nucleosome bridging. Interactions between the tail of histone H4 and the acidic patch of histone H2A are important for chromatin folding and oligomerization, and several chromatin proteins bind the histone H2A acidic patch. However, mutation of the acidic patch of histone H2A does not affect PSC's ability to inhibit chromatin remodeling or bridge nucleosomes. In fact, PSC does not require nucleosomes for bridging activity but can bridge naked DNA segments. PSC clusters nucleosomes on sparsely assembled templates, suggesting it interacts preferentially with nucleosomes over bare DNA. This may be due to the ability of PSC to bind free histones. Our data are consistent with a model in which each PSC binds a nucleosome and at least one other PSC to directly bridge nucleosomes and compact chromatin, but also suggest that naked DNA can be included in compacted structures. We discuss how our data highlight the diversity of mechanisms used to modify chromatin architecture.