朱冰研究组跨年连发两篇文章 解析表观遗传

细胞海洋

新年伊始，来自北京生命科学研究所的朱冰研究组接连发表多篇文章，解析组蛋白表观遗传修饰领域的研究新进展。8 ]1 z* g3 K  z. ?2 C
- k+ W; c( e8 ~
表观遗传学（epigenetics）又称为实验遗传学、化学遗传学、特异性遗传学、后遗传学、表遗传学和基因外调节系统，它是生命科学中一个普遍而又十分重要的新的研究领域。表观遗传改变对于生物体各种细胞类型的发育与分化具有关键性的作用，在正常细胞过程，比如雌性哺乳动物X染色体失活，以及酵母中配对型位点的沉默方面也有重要作用。但是表观遗传状态会受到环境的影响或衰老的干扰，并且癌症和其它疾病发生过程中表观遗传的变化也需要更深入的研究。  g' W$ k- ^( A0 h! x0 @9 L
5 Z* b- g: R* ]; A  s
组蛋白研究是表观遗传学领域的一个重要研究方向，组蛋白修饰在染色体的结构形成和功能发挥方面扮演着重要的角色。
" p, H6 ^' ?5 B* ]) w6 {5 D2 j! j; A5 `! V
研究人员在《Cell Research》杂志发表题为“Histone methyltransferase G9a contributes to H3K27 methylation in vivo”的文章，首次报道了组蛋白甲基化转移酶G9a能够在体内对组蛋白H3第27位赖氨酸的甲基化做出贡献。
; x; r4 f" y% ~1 l5 x+ r
( N" M  h6 B) p, ^PRC2复合体介导的组蛋白H3第27位赖氨酸甲基化修饰对于基因的转录，聚梳蛋白复合物的沉默机制，果蝇的分节,哺乳动物X染色体的失活以及癌症等起着重要的调节作用。然而组蛋白H3第27位赖氨酸的单甲基化水平并未因为PRC2复合体的破坏而受到影响，说明在体内一定存在着其它催化H3第27位赖氨酸单甲基化的酶。G9a作为体内主要的H3第9位赖氨酸双甲基化酶，它同时被证明了能够在体外催化H3第27位赖氨酸的甲基化反应。但这种催化活性是否发生于更接近于自然状态的核小体上以及是否在体内发生仍然未知。
4 E' p! a  {8 I% t# W. h; j4 ]
% u& C+ K6 L2 Z- X研究人员首先利用生化手段证明了G9a以及它的同源蛋白GLP能够在体外催化核小体上H3第27位赖氨酸的单甲基化和双甲基化反应，同时通过免疫印迹以及质谱方法发现在G9a缺失的ES细胞系中, H3第27位赖氨酸的单甲基化水平明显降低，进一步证明了G9a不仅是一个H3第9位赖氨酸甲基化酶，同时也能对体内H3第27位赖氨酸的甲基化做出贡献。$ D8 p  _/ J  S+ V: ?+ ~' c3 ?
# ?4 i; ^: ?# x
另外一篇文章中，研究人员发现组蛋白H3第36位赖氨酸甲基化可以拮抗组蛋白甲基化酶PRC2对H3第27位赖氨酸进行修饰，同时研究人员还证明了一个已知的PRC2拮抗蛋白：ASH1是一个H3第36位赖氨酸专一性的组蛋白甲基化酶。这一研究成果公布在《The Journal of Biological chemistry》杂志上。
  H2 B! e+ `7 h. g
, m" t. l6 R: [1 _' V) L研究人员发现在HeLa细胞中，H3第27位赖氨酸的三甲基化修饰很少与H3第36赖氨酸的高阶甲基化（二甲基化合三甲基化）修饰共存于同一条多肽上。并且通过生化实验证明含有H3第36位赖氨酸甲基化修饰的核小体可以抑制PRC2复合物在其上的活性。0 B7 U- q+ @0 k

, |9 x8 t6 L% u2 y, B1 f& V# qPRC2复合物所介导的组蛋白H3第27位赖氨酸甲基化修饰对于基因的转录起着重要的调节作用。PRC2复合物所介导的27位赖氨酸甲基化修饰可以在染色质上蔓延从而形成区域性的抑制型染色质环境。所以，一个很重要的问题就是染色质上哪些组分能够拮抗这种蔓延。
, y! S% Q, {4 _# e2 T( ?- g5 z" d# c- U4 q6 B+ R
除此之外，研究人员还证明了一个已知的PRC2拮抗蛋白ASH1，是一个H3第36位赖氨酸专一性的组蛋白甲基化酶。
4 O9 R0 w. D+ v5 z" _! x- c$ a; t- z, |5 u5 o" U' {. r0 y) @6 m
原文摘要：
7 q% W) Y$ K- p" P: V9 v6 v2 q! s7 b# a4 O, c
Histone methyltransferase G9a contributes to H3K27 methylation in vivo9 L( n: n8 J$ f1 ]1 W; i4 M
7 v# m1 q% p# w' N# p
Histone modifications play a vital role in the conformation and function of their associated chromatin templates 1. Histone H3K27 methylation mediated by the PRC2 complex is critical for transcriptional regulation, Polycomb silencing, Drosophila segmentation, mammalian X inactivation and cancer
8 R' T& `: D) A7 Q: G# y! z
/ h, E3 I8 Z0 z* J, o* I# _( Y4 p作者简介：* t" H( s0 q( v
9 S2 ]. I* R7 G, w; J0 f/ @
朱冰博士
7 y1 K" c4 G0 o; {+ A
1 a# t! \( l3 P$ {" k; Q1 s北京生命科学研究所研究员
% Q. e' A4 a; J$ O4 X: {" g
/ F& v! V% N" W. A- f0 i2 S本实验室的兴趣主要集中在研究表型遗传学(Epigenetics)的生物化学机理。众所周知，各种不同的体细胞均具有同一基因组，然而却各自表达不同类的基因。近年来的许多研究工作表明染色质(chromatin)的各种共价修饰，如组蛋白修饰(histone modifications)和DNA甲基化修饰，对基因表达的表型遗传学调控起着重要作用。染色质修饰的多样性以及对这些修饰的识别为细胞提供了一套遗传信息的检索系统。本实验室致力于利用生物化学手段分离纯化与染色质修饰有关的各类蛋白质复合体(protein complex)，研究它们的生物学功能和作用机理。
5 c# ~1 z; r2 d3 q7 R
0 g" _6 P# Q! m4 c实验室以后的工作主要集中在：
; V9 V: Q+ N8 R. p3 i
7 F8 v7 B5 a" M/ N: D1. 共转录染色质修饰 (Co-transcriptional chromatin modifications)：在基因转录过程中，作为遗传信息的载体和转录的模板，染色质上发生着众多的动态变化。目前已知的共转录染色质修饰包括组蛋白乙酰化(histone acetylation)，组蛋白H2B单泛素化(histone H2B mono-ubiquitination)以及组蛋白H3若干赖氨酸位点(-Lys4, 36, 79)的专一性甲基化等。本实验室将对H2B单泛素化及其下游H3赖氨酸甲基化的分子机制和生物学意义进行研究。
0 I) Y* f( l% _; y; B' _' _1 l. k4 n% ]; B! l( F
2.细胞自我识别(identity)有关的染色质修饰：细胞能够进行自我识别，以表达相应的基因，并做出自我保持(self-renew)或分化(differentiation)的选择。本实验室也将在这一领域进行研究，寻求对相关的未知蛋白质复合体的分离纯化及功能研究。
5 g! k  m9 [( i# q; Q
% L5 L) A; u6 w5 ]0 M" L

varing

聚梳蛋白复合物?聚疏蛋白复合物吧？