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來自北京生命科學研究所,中國農業(yè)大學等處的研究人員發(fā)表了題為“Dense Chromatin Activates Polycomb Repressive Complex 2 to Regulate H3 Lysine 27 Methylation ”的文章,揭示出染色質的緊密程度能調節(jié)組蛋白H3K27甲基化酶復合體PRC2的催化活性,從而影響基因轉錄,這有助于解析基因轉錄調控以及基因沉默的重要機制,相關成果公布在Science雜志上,同期Science也配發(fā)了評論性文章。
文章的通訊作者是北京生命科學研究所朱冰研究員,以及高紹榮研究員,*作者為北京生命科學研究所和中國農業(yè)大學共同培養(yǎng)的袁文博士等,其他研究人員還包括周向紅,柴繼杰等。目前常將所有組蛋白修飾稱為“表觀遺傳(epigenetic)”,但某些組蛋白修飾,比如組蛋白H3上賴氨酸27(H3K27)的甲基化比其它修飾更具表觀遺傳特征,因為它能在細胞周期中被繼承(epigenetic,表觀遺傳,注),從而實現(xiàn)對早期事件的“細胞記憶”。
染色質(chromatin)zui早是1879年Flemming提出的用以描述核中染色后強烈著色的物質,其各種特征性質對于遺傳物質的保存和傳遞具有重要的意義,比如染色質的緊密度,緊密度較低說明基因表達較為活躍,緊密度高則表明基因表達受到抑制。核心蛋白復合體PRC有兩種,PRC1和PRC2,這兩種復合物都參與建立維持了多梳(Polycomb)抑制染色質狀態(tài),是決定基因的活化和去活化,在適當的時間對適當的細胞組織類型的基本要素之一。
過去三年里發(fā)表的一系列文章——包括朱冰研究組此次發(fā)表的這篇文章——都揭示出了H3K27甲基化酶復合體PRC2(Polycomb repressive complex 2)的幾種微妙的調節(jié)機制,比如這篇文章指出了PRC2在不同緊密程度染色質上的不同活性,表明PRC2能夠感知基因的轉錄狀態(tài),并對此做出反應,從而正確建立H3K27甲基化的模式,而后者在X染色體失活和癌癥發(fā)生中均有著重要作用
其中PRC2介導H3K27的甲基化調控,這對于Polycomb (Pc)基因沉默至關重要,這也是通過細胞分裂維持轉錄沉默的一種經典表觀遺傳現(xiàn)象。在這項研究中,研究人員發(fā)現(xiàn)PRC2活性受到了其底物核小體排列密度的調控——鄰近核小體能通過其H3片段,激活PRC2。而且研究人員也找到了PRC2亞基Su(z)12上的突變,這個突變會損傷PRC2結合激活肽段并作出應答的能力,以及在體內建立H3K27*基水平的能力。研究人員通過小鼠胚胎干細胞實驗,發(fā)現(xiàn)局部染色體的致密化先于PRC2介導的H3K27甲基化,這幫助解釋了PRC2是如何建立和維持基因的抑制狀態(tài)。
這些實驗數據均表明,PRC2能對染色質環(huán)境變化作出反應,發(fā)揮其在轉錄調節(jié)中的