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欢迎来到巴塞洛缪实验室!
巴塞洛缪实验室开发了探测蛋白质-蛋白质和蛋白质- dna相互作用的技术，以了解染色质重塑复合物的结构，它们如何与核小体相互作用，以及与染色质重塑相关的结构变化。该实验室利用这些信息，通过靶向突变结合最先进的下一代测序方法和详细的生化分析，分析了核小体重塑中不同结构域和亚基的功能作用。该实验室的主要研究重点是这些重塑体如何在启动子和增强子区域形成染色质结构，以及如何调控起始前转录复合物的形成、暂停RNA聚合酶的释放和转录的方向性。未来的目标是了解这些重塑体如何控制信使RNA、非编码RNA和反义RNA的合成，这些RNA来自启动子区域的不同转录。此外，该实验室试图了解atp依赖的染色质重塑在核组织中的作用，并利用基于染色质俘获的方法和其他技术来物理绘制这些相互作用。
酵母SWI / SNF染色质重塑复合物调节非编码RNA的合成
SWI/SNF是癌症中最常突变的表观遗传因子之一，在所有癌症中约20-25%发生突变。SWI/SNF突变也是几种神经疾病的分子驱动因素。Bartholomew实验室目前正在以酵母为模型，确定特异性高度保守的SWI/SNF蛋白结构域在催化亚基和其他辅助亚基中的功能作用。其中一个结构域是AT钩结构域，它直接连接SWI/SNF atp酶和SnAC调节结构域。现在，实验室已经证明AT钩在正向调节SWI/SNF染色质重塑活性方面是重要的。尽管AT钩对富含AT的DNA序列具有很高的亲和力，但出乎意料的是，Bartholomew实验室发现，SWI/SNF既不需要这个结构域来有效地结合核小体，也不需要被转录激活剂招募。然而，通过使用下一代基于测序的基因组方法MNase-seq，实验室表明，AT钩的缺失减少了核小体在转录起始位点侧的-1和+1位点的定位，RNA-seq实验表明，AT钩有助于SWI/SNF抑制编码区上游的反义转录。总之，这表明SWI/SNF在促进核小体在启动子上的定位和抑制反义转录中都有作用。
哺乳动物SWI / SNF复合体多能力和发展
通过它们在酵母中的发现，Bartholomew Lab现在正在检查小鼠胚胎干细胞（MESCS）中的SWI / SNF复合物（即Esbaf）的功能。SMARCA4 / BRG1是ESBAF复合物的催化亚基，是干细胞的维护和增殖所必需的，以及干细胞从多能性和随后的分化。通过从两个副本中删除钩子区域Smarca4通过使用CRISPR-Cas9，该实验室发现AT钩子在退出时是必需的，而不是在维持多能性时。通过突变解偶联这些活动,然后执行PRO-seq方法映射转录RNA聚合酶II (RNAPII)基地pair-resolution,巴塞洛缪实验室发现esBAF复杂RNAPII发布暂停发育基因的细胞从他们的地面/天真的州或epiblast-like状态。这揭示了哺乳动物中SMARCA4调控的一个新方面，在该生物体中，RNAPII启动子近端暂停的调控具有至关重要的作用
为了评估染色质Remodelers在控制RNAPII暂停时的作用，实验室使用的Pro-SEQ（精确续集测序），一种用基础对分辨率映射rnapii的映射方法。Pro-SEQ分析随后是由于染色质与ATAC-SEQ的染色质的开度揭示了DNA可访问性的变化（使用测序的转座酶可接近的染色质的测定），并在Chop的染色质的背景下鉴定组蛋白修饰和RNAPII磷酸化模式的变化-SEQ（染色质免疫沉淀，然后进行测序）。该实验室惊讶地发现启动子近端RNAPII暂停的变化与高芯片（HI-C合并的芯片）和PLAC-SEQ（邻近连接辅助芯片-SEQ）揭示的增强剂和远程染色质相互作用捆绑在一起。这些研究提供了SWI / SNF在增强子功能，远程染色质相互作用和基因表达的调节中的关键洞察。
Ino80调节染色质动力学和组成
缺失InO80，InO80复合物的催化亚基，防止发育心脏的心室压缩并与缺陷冠状动脉血管化相关。YY1AP1中的突变，另一个INO80亚基，破坏平滑肌分化，与GRANGE综合征，动脉疾病相关。几种癌症中的细胞增殖需要升高的INO80表达，包括黑素瘤，小细胞肺癌（SCLC）和结肠癌。此外，Ino80对于这些相同癌症中的增强剂活性至关重要。在黑色素瘤和SCLC中，InO80增加了增强剂的染色质可访问性，以通过在理解的过程中释放或稳定核体来促进介质玻璃蛋白复合物的结合。
Bartholomew小组正在定义INO80如何取代/不稳定核小体的分子基础，并发现它可能不同于SWI/SNF和SWR1重塑器。他们首先证明了Ino80的运动结构域与DNA入口点附近的核小体结合，从DNA中点到5-6螺旋旋转，超螺旋位置(SHL) -5/-6。这一发现后来被冷冻电镜证实，与SWI/SNF和SWR1的运动域与SHL-2/-3核小体的结合形成鲜明对比。此外，INO80持续地取代H2A表面的DNA。Z-H2B二聚体最接近其马达结构域，导致H2A。Z交换，这可能为INO80相对于其他重塑因子的独特活性提供进一步的线索。此外，实验室还发现INO80具有很强的DNA序列结合偏好，并且INO80亚基atp酶结构域结合的特定序列是影响INO80复合物动员核小体效率的关键因素。巴塞洛缪小组正在定义引导这种DNA序列偏好的分子基础。
INO80也具有核小体间距活性。INO80本身可以在许多基因启动子侧翼建立无核小体区域。INO80移动核小体的能力高度依赖于连接子DNA的长度。Bartholomew实验室发现，在INO80复合物中，Arp8亚基与连接DNA的分离对于防止核小体在重塑过程中过于靠近至关重要。Arp8与连接DNA的结合调节了Arp5亚基与组蛋白八聚体的相互作用。当INO80复合体靠近邻近的核小体时，连接DNA释放Arp8模块，导致组蛋白八聚体释放Arp5。当Arp亚基被分离时，ATP酶结构域可以继续水解ATP，但ATP水解不再驱动核小体运动。
isW1a的不寻常的二核心特异性是调节早期转录事件所必需的
除了SWI/SNF和INO80家族，ISWI代表了第三个重塑家族。ISWI参与DNA修复、DNA复制和高阶染色质结构的组织。染色质结构和atp依赖的染色质重塑(如酵母中的ISW1a和1b)可以调节RNA聚合酶II的起始和延伸，以及隐转录。SMARCA5/SNF2H是哺乳动物中ISWI家族的两个催化亚基之一，在急性髓系白血病和侵袭性实体肿瘤中都过表达。
在酵母中，ISW1a和ISW1b复合物共享相同的催化亚基Isw1，但有不同的附属亚基，赋予不同的核小体结合和重塑特性。ISW1a的Ioc3亚基独特地使这个复合物适应于结合和重塑双核小体，并抑制单核小体的结合和重塑。相比之下，ISW1b对双核体没有偏好，而且与ISW1a不同，ISW1b对重塑不需要连接子DNA。
在ISW1a中，Ioc3的HLB(螺旋连接- dna结合)结构域变构调节核小体结合和重塑，这解释了ISW1a的核小体间距活性。在体内，ISW1a的招募到染色质和它的双核小体结合也需要HLB结构域。ISW1a在基因上与Yaf9相互作用，Yaf9蛋白也存在于NuA4组蛋白乙酰转移酶和Swr1 (ino80相关)染色质重塑复合物中。