PNAS | 河北師范大學崔素娟/趙紅桃團隊揭示SWI/SNF染色質重塑復合體在根干細胞組織中心調控中的作用機制

植物驚人的再生能力和漫長的生命周期依賴于其干細胞的活性，與動物一樣，這些干細胞位于干細胞龕（SCN）。干細胞龕中，存在一類通常處于靜息狀態的長期干細胞，用于維持和補充鄰近受損的短期干細胞，并有助于維持基因組穩定性，這類干細胞被稱為組織中心（OC），在根部稱為靜止中心（QC）。QC通常處于細胞周期停滯狀態（G0期），但在特定條件下可重新進入分裂周期，表現出“靜止而具有分裂潛能”的特征。這種動態平衡的調控機制是干細胞生物學中的核心科學問題之一。QC的維持依賴于多個核心轉錄因子的協同作用，包括PLT1、PLT2、SCR和WOX5等。這些因子在QC區域共表達，協同維持其干細胞特性并抑制異常分裂。已有研究表明，上述轉錄因子均具備轉錄自調控能力。自調控機制在動植物干細胞系統中廣泛存在，如動物干細胞多能性轉錄因子OSKM（Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc）亦表現出類似特性。然而，這些轉錄因子如何實現自調控，以及是否存在一個共同的調控機制，目前尚不清楚。

近日，河北師范大學崔素娟/趙紅桃團隊在PNAS發表了題為The LFR-SWI/SNF complex: a chromatin wrench safeguarding cellular quiescence in Arabidopsis root stem cell organizer的研究論文，首次揭示了LFR-SWI/SNF染色質重塑復合體通過協助核心轉錄因子的自調控，維持根尖靜止中心的靜止狀態與分裂潛能并存的分子機制。

圖1. LFR可能與PLTs、WOX5和SCR在同一通路參與轉錄因子的自調控

研究團隊以植物SWI/SNF復合體組分LFR的突變體和回補株系為材料，通過基因表達分析與表型鑒定，證實LFR調控PLT1、PLT2、SCR和WOX5的表達，并與這些轉錄因子的自調控處于同一通路。蛋白相互作用實驗和染色質結合實驗表明，LFR與上述轉錄因子存在直接互作，且可結合其染色質區域；反之，這些轉錄因子也可結合LFR位點，形成相互依賴的調控網絡。進一步研究發現，四個核心轉錄因子可自我促進或抑制自身表達，而在LFR突變體中，該自調控現象消失，表明其轉錄自調控依賴于LFR。LFR通過改變轉錄起始位點（TSS）附近核小體的分布與占位率，協助實現轉錄因子的自調控。遺傳學分析證實，LFR與PLT1、PLT2、SCR和WOX5在同一通路中協同調控QC的靜止狀態。

圖2. PLTs、WOX5和SCR的自調控依賴于LFR

研究揭示，LFR-SWI/SNF復合體通過重塑染色質，像在染色質上發揮雙重作用的“扳手”一樣：一方面，通過松弛染色質結構，促進PLT1、PLT2與SCR的自我激活，增強其表達并抑制QC分裂；另一方面，通過壓縮染色質構象，協助WOX5的自我抑制。此外，LFR還可通過激活周期蛋白CYCD3;3的表達，為QC提供在特定條件下重新進入細胞周期的潛能。該機制實現了QC在“靜止中保留分裂潛能”的動態平衡。

圖3. 作用機制

綜上，該研究首次系統闡明了SWI/SNF復合體在植物干細胞核心轉錄因子自調控中的關鍵作用，揭示了其通過染色質重塑實現雙向調控的機制，為理解動植物干細胞維持的保守機制提供了新的視角。

河北師范大學博士畢業生王淑閣為文章的第一作者，河北師范大學生命科學學院趙紅桃教授為文章的通訊作者。河北師范大學崔素娟教授、湯文強教授、劉西崗教授、張昊副教授、李曉云助理研究員、已畢業碩士生李佳雨，河北省農林科學院糧油作物研究所閆龍研究員、史曉蕾研究員、陳強副研究員參與了該項研究。該研究沒有直接立項經費，團隊所獲得的國家自然科學基金、河北省自然科學基金、中央引導地方科技發展資金、國家大豆產業技術體系、河北省現代農業產業技術體系建設專項等項目給予了部分經費資助。

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2520692122