CAF-1的生物学功能及其对体细胞重编程中的阻碍
CAF-1 的生物学功能及其对体细胞重编程中的
阻碍
来源：畜牧兽医学报 作者：张迎冰,于芮峦,乔培培
发布于：2021-08-11 共12429 字
摘 要： 染色质组装因子 1 (chromatin assembly factor-1, CAF-1),是由 p150、p60、p48 三
个亚单位组成的组蛋白伴侣。CAF-1 主要功能是在 DNA 复制中与增殖细胞核抗原(proliferating
cell nuclear antigen, PCNA)相互作用，负责募集组蛋白 H3、H4 沉积在新合成的 DNA 上以促进
核小体装配。越来越多的研究解析 CAF-1 复合体的结构及其生物学功能，并发现 CAF-1 在体
细胞重编程过程中发挥重要作用。因此，本文重点介绍了 CAF-1 的结构、生物学功能和在体细
胞重编程中的作用。
关键词 : CAF-1; 体细胞重编程;结构;功能;
Abstract： Chromatin assembly factor-1(CAF-1) is a histone chaperone composed of 3
subunits(p150, p60, and p48).CAF-1 mainly interacts with proliferating cell nuclear antigen(PCNA)
during DNA replication and is responsible for recruiting histones H3 and H4 depositing on newly
synthesized DNA to facilitate nucleosome assembly. More and more studies have analyzed the
structure and biological function of the CAF-1 complex, and found that CAF-1 plays an important role
in the process of somatic cell reprogramming. Therefore, this paper focuses on the structure, biological
function and the role of CAF-1 in somatic cell reprogramming.
Keyword： CAF-1; somatic cell reprogramming; structure; function;
染色质组装因子 1 (chromatin assembly factor-1, CAF-1),是由 p150、p60、p48 三个亚单位按
1 1 1∶ ∶ 组合构成的三聚体组蛋白伴侣[1,2]。CAF-1 主要功能是在 DNA 复制中与增殖细胞核
抗原(proliferating cell nuclear antigen, PCNA) 相互作用，负责募集组蛋白 H3、H4 沉积在新合成
的DNA 上以促进核小体装配。CAF-1 不仅参与 DNA 复制和修复后染色质装配，而且参与细胞
增殖调控、胚胎干细胞的表观遗传学变化及异染色质的合成和修复。
随着细胞分化，染色质越来越凝集。体细胞重编程为全能性的胚胎，首先要进行染色质的
去凝集。在卵母细胞介导的重编程过程中，组蛋白发生置换，并擦除来自体细胞的抑制型表观
修饰使染色质去凝聚。但是，体细胞克隆胚胎重编程过程中，来自体细胞的遗留表观遗传修饰
擦除不完全，抑制胚胎基因组激活，导致胚胎发育失败、克隆动物死亡。而 CAF-1 通过 H3K9
me3 等组蛋白修饰在异染色质形成、染色质凝集事件上扮演着重要角色。因此，本文从 CAF-1
的结构、生物学功能和参与体细胞重编程的研究 3部分作了简要的综述。
1 、CAF-1 的结构
CAF-1 包含 3个亚基并依其大小命名：分别为 150 ku 亚基(p150 亚基，CHAF1a)、60 ku 亚
基(p60,CHAF1b)和48 ku 亚基(p48,RbAp48)。CAF-1 复合体在不同物种上都参与 DNA 的合成和
修复、染色质的组装，具有高度的结构和功能保守性。
CHAF1a 的N端存在一个在体外具有强活性的 PIP (PCNA 相互作用肽),以及一个小泛素样
修饰相互作用区域，这是与 SUMO2/3 相互作用所必需的[3]。在 PxVxL 区域还存在一个
HP1(异染色质蛋白 1)相互作用域[4]。一个 PEST 结构域驱动蛋白质的快速降解。在 PEST 结构
域之后是一个 KER 结构域，这是一个高酸性的区域，被认为有利于与组蛋白的相互作用。在
KER 域内是另一个 PIP,已被试验证实其在体内与 PCNA 相互作用和核小体形成有关。随后，还
存在一个与 CHAF1b 相互作用域和 ED 区域，ED 区域被认为与组蛋白和有翼螺旋结构域
(WHD)结合[5]。一个与 p48 相互作用区域和一个有翼螺旋结构域位于 CHAF1a 的C端(图1)
[6]。
CHAF1b 位于 21 号染色体上，是由位于 N端7×WD 重复区域、位于 C端B区结构域和
PEST 结构域 3部分组成(图1)。CHAF1b 的7×WD 重复区域过去被认为是提
供CHAF1b-/ASF1a/H3/H4 复合物作用所需的位点，研究证明，CHAF1b 的7×WD 重复区域并
不是结合 ASF1a/b 的区域[7]。研究表明，CHAF1b 依赖于 B区结构域与 ASF1a 结合，形成
CHAF1b/ASF1a/H3/H4 复合物，再通过与 CHAF1a 和PCNA 相互作用，定位在复制叉位置募集
组蛋白，完成 DNA 的复制和核小体的组装。而这种结合是 CHAF1b 的B区结构形成 β-发夹能
与ASF1a 氨基端核心区域的 β-sandwich 结构产生特异性的交互反应[8]。此外，CHAF1b 的B
区结构域与 HIRA 同源，因此，ASF1a 与HIRA 或CHAF1b 的结合是相互排斥的，这表明
HIRA 表达可能是调节 CHAF1b 活性的一种间接方法[9]。CHAF1b 的PEST 结构域也发挥重要
的作用。shRNA 介导的 CHAF1a 的敲除会导致 CHAF1b 的表达减少则证明这一点[10]。
p48 是7×WD 重复区域，还包括两个分别在 N和C末端的 α-helical 区域，它们可促进与
H4 组蛋白的结合(图1)。它可能与组蛋白去乙酰化酶HDAC1 的催化亚基密切相关，这表明它
可能有助于新合成的 H4 在核小体中沉积后去乙酰化[11,12,13]。p48 也是其他几个染色质调节
复合物的组成部分，如核心蛋白复合体 PRC2 (PRC2) 、核小体重塑因子 (NURF)、核小体重塑
和去乙酰酶 (NURD) 和组蛋白去乙酰化酶(HDAC1),提示该亚基在组蛋白修饰酶与其底物之间
起着分子桥梁作用。除了与核心蛋白复合体 PRC2 作用外，p48 也被认为在 NURD 重塑/去乙酰
化酶复合物和 NURF 重塑复合物中发挥重要作用。
图1 CAF-1 复合体的结构(根据参考文献[14-15]修改)
Fig.1 Architecture of the CAF-1 complex (modified from reference [14-15])
2 、CAF-1 的生物学功能
2.1 、CAF-1 参与 DNA 复制偶联的核小体组装
在真核生物 DNA 复制过程中，CAF-1 作为组蛋白伴侣，将组蛋白 H3-H4 异二聚体沉积到
新合成的 DNA 上，促进复制叉后的核小体组装(图2)[16,17]。在这个过程中组蛋白 H3-H4 二聚
体与乙酰化的 H3K56 残基首先被组蛋白伴侣 ASF1 捕获，然后转移到 CAF-1,这一过程是通过
ASF1 与CHAF1b 直接相互作用介导的[16,18]。据报道，组蛋白 H3K56 残基在人体内被 CBP 或
Gcn5 乙酰化，在酵母体内被 Rtt109 乙酰化[19,20,21,22]。乙酰化后的 H3K56 增加了酵母模型中
CAF-1 与H3-H4 结合的亲和力，促进了 CAF-1 介导的核小体组装[19,20,21,22,23]。据报道，酵
母和人类细胞中的 HAT1 负责 H4K5 和H4K12 的乙酰化。然而，与 H3K56 的乙酰化作用不
同，H4K5 或K12 的乙酰化作用降低了哺乳动物细胞中 H3-H4 与CAF-1 的结合，而 H3K56 的
乙酰化作用增强了 CAF-1 与H3-H4 的体外结合亲和力[16,19]。最后，CAF-1 “通过与 滑动的夹
”子PCNA 相互作用，将组蛋白 H3-H4 四聚体招募到复制叉，完成染色质组装。
图2 CAF-1 参与 DNA 复制偶联型核小体组装过程 (根据参考文献[4]修改)
Fig.2 CAF-1 participates in the DNA replication-coupled nucleosome assembly process
(modified from reference [4])
2.2 、CAF-1 在细胞周期中的功能
摘要：
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CAF-1的生物学功能及其对体细胞重编程中的阻碍来源：畜牧兽医学报作者：张迎冰,于芮峦,乔培培发布于：2021-08-11共12429字 摘 要：染色质组装因子1(chromatinassemblyfactor-1,CAF-1),是由p150、p60、p48三个亚单位组成的组蛋白伴侣。CAF-1主要功能是在DNA复制中与增殖细胞核抗原(proliferatingcellnuclearantigen,PCNA)相互作用，负责募集组蛋白H3、H4沉积在新合成的DNA上以促进核小体装配。越来越多的研究解析CAF-1复合体的结构及其生物学功能，并发现CAF-1在体细胞重编程过程中发挥重要作用...
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作者：闻远设计
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