HP1駆動の相分離は、ヘテロクロマチン凝縮体形成の熱力学と動力学を再現する

周心部ヘテロクロマチン (PCH) の空間的分離が、膜のない異なる核コンパートメントに集約される過程には、ヘテロクロマチン蛋白質 1 (HP1) が H3K9me2/3 に富むゲノム領域に結合することが関与しています。HP1はin vitroで液体–液体相分離特性を示しますが、in vivoでのPCH凝縮体形成の構造と動態に対するその機構的影響は大部分が不明のままです。ここでは、最小限の理論的枠組みを用いて、自己相互作用するHP1様分子とクロマチンポリマー間の相互結合を系統的に調査します。我々は、HP1がH3K9me2/3領域に対する特異的親和性が核内で凝縮を促進し、純粋なタンパク質アッセイでの相分離を観察するために必要な濃度を大きく下回るHP1レベルで安定したPCH凝縮体の形成を促進することを明らかにしました。これらの異種HP1-クロマチン相互作用は、HP1-H3K9me2/3のストイキオメトリーに対する核質HP1密度の強い依存性を引き起こし、これは多成分相分離の熱力学と一致します。また、HP1と粘弾性クロマチン骨格間の動的クロストークは、HP1のゲノム分布に強く依存した異常に遅い平衡化動態をもたらし、複数の長寿命な微相分離したPCHコンパートメントの共存を生じます。これらの複雑な混合物の形態は、細胞発生中にそれらの異常な球形でない形状を促す可能性のある基礎となるH3K9me2/3景観の動的確立によってさらに制御されることがわかります。これらの発見は、ライブDrosophila胚におけるHP1凝縮体形成の4D顕微鏡測定と比較して好ましい結果を示し、HP1ベースの相分離とクロマチンポリマー力学の相互作用に基づくPCH形成の一般的な定量モデルを示唆しています。