深圳子科生物報(bào)道： 中科院生物物理研究所李國紅課題組在Nature Cell Biology上發(fā)表了“RYBP/YAF2-PRC1 complexes and histone H1-dependent chromatin compaction mediate propagation of H2AK119ub1 during cell division”的文章。該研究系統(tǒng)闡述了組蛋白修飾H2AK119ub1在染色質(zhì)上蔓延以及跨細(xì)胞周期繼承的具體機(jī)制。

　　真核細(xì)胞內(nèi)，染色質(zhì)是表觀遺傳信息的主要調(diào)控界面。諸多表觀遺傳因子通過調(diào)節(jié)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的開放與關(guān)閉，控制了基因的表達(dá)與沉默，從而維持了不同譜系細(xì)胞內(nèi)基因的差異表達(dá)。其中，多梳抑制復(fù)合物1（PRC1）是一類重要的表觀遺傳調(diào)控因子，它主要通過壓縮染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和催化形成H2AK119ub1修飾這兩種途徑促進(jìn)了兼性異染色質(zhì)的形成，并以此維持了PRC1靶基因的沉默狀態(tài)[1]。H2AK119ub1在染色質(zhì)局部往往連綿不斷形成非常寬廣的H2AK119ub1區(qū)域，但是其產(chǎn)生的機(jī)制一直未被解析。

　　李國紅課題組結(jié)合核小體pull-down、體外泛素化、TetR-TetO靶向和CHIP-seq等實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)RYBP和YAF2蛋白能通過ZNF結(jié)構(gòu)域特異識別并結(jié)合H2AK119ub1，借此使RYBP-PRC1和YAF2-PRC1復(fù)合物與其催化產(chǎn)物之間形成所謂的“酶-產(chǎn)物之間的正反饋機(jī)制”，從而促進(jìn)了H2AK119ub1向周邊的蔓延。

   有趣的是，通過基于組蛋白修飾和DNaseI高敏位點(diǎn)的染色質(zhì)狀態(tài)分析，作者發(fā)現(xiàn)H2AK119ub1主要分布在結(jié)構(gòu)緊密的異染色質(zhì)區(qū)域，因此提出非常規(guī)PRC1介導(dǎo)的H2AK119ub1蔓延也可能受到染色質(zhì)高級結(jié)構(gòu)的調(diào)控。之前，李國紅和朱平課題組合作，利用冷凍電鏡技術(shù)解析了組蛋白H1壓縮30nm染色質(zhì)纖維的高精度結(jié)構(gòu)，揭示染色質(zhì)纖維是以四核小體為結(jié)構(gòu)單元的左手雙螺旋結(jié)構(gòu)，并發(fā)現(xiàn)相間核小體之間的相互作用在維系四核小體內(nèi)部和四核小體之間的穩(wěn)定性中發(fā)揮了重要作用[2]。

   因此，30nm染色質(zhì)纖維可能通過核小體-核小體配對（nucleosome-pairing）的方式促進(jìn)了非常規(guī)PRC1介導(dǎo)的H2AK119ub1在染色質(zhì)纖維上的蔓延?；谠摷僭O(shè)，作者進(jìn)行了進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)并發(fā)現(xiàn)H1壓縮的30nm染色質(zhì)纖維的確促進(jìn)了H2AK119ub1向鄰近染色質(zhì)區(qū)域的蔓延。在體外泛素化實(shí)驗(yàn)中，作者通過引入組蛋白相應(yīng)位置的突變體，證明H1對H2AK119ub1蔓延的促進(jìn)作用主要通過改變?nèi)旧|(zhì)高級結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的。并且，根據(jù)30nm染色質(zhì)纖維的電鏡結(jié)構(gòu)，作者推測這種促進(jìn)機(jī)制可能遵循相間核小體-核小體的配對原則[2]。

　　眾所周知，DNA復(fù)制過程中染色質(zhì)會經(jīng)歷一次“破壞-重建”的過程。在DNA子鏈上新合成組蛋白的裝配會導(dǎo)致組蛋白修飾至少稀釋一倍[3, 4]，如果沒有有效的組蛋白修飾恢復(fù)機(jī)制，細(xì)胞身份很難得以維持。那么以上機(jī)制是否也介導(dǎo)了H2AK119ub1在細(xì)胞周期的繼承呢？利用TetR-TetO靶向系統(tǒng)，作者發(fā)現(xiàn)單純靶向RING1B在8xTetO附近僅能形成很窄的H2AK119ub1修飾，當(dāng)利用多西環(huán)素（Doxcycline，Dox）洗去RING1B-TetR-HA時(shí)，異位形成的H2AK119ub1修飾并不能在子代細(xì)胞內(nèi)得到有效的維持。然而過表達(dá)RYBP促進(jìn)H2AK119ub1向兩側(cè)蔓延形成大約10kb的區(qū)域時(shí)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)正反饋機(jī)制能介導(dǎo)H2AK119ub1在8xTetO附近維持至少6個(gè)細(xì)胞周期。同時(shí)，作者發(fā)現(xiàn)H1介導(dǎo)的染色質(zhì)壓縮對于H2AK119ub1的遺傳也至關(guān)重要。

   另外在全基因組上，作者發(fā)現(xiàn)RYBP突變和H1c/H1d/H1e三敲除導(dǎo)致的H2AK119ub1降低以及基因表達(dá)變化有很大程度的重疊。并且利用神經(jīng)分化模型，作者發(fā)現(xiàn)RYBP突變和H1c/H1d/H1e三敲除均導(dǎo)致神經(jīng)前體細(xì)胞分化障礙。因此，說明RYBP-/YAF2-PRC1復(fù)合物和組蛋白H1通過協(xié)同促進(jìn)細(xì)胞周期間H2AK119ub1的播散參與了細(xì)胞分化過程，提示該表觀遺傳通路具有重要的生物學(xué)功能。

    參考文獻(xiàn)：

　　【1】 Gao, Z., et al., PCGF homologs, CBX proteins, and RYBP define functionally distinct PRC1 family complexes. Mol Cell, 2012. 45(3): p. 344-56.

　　【2】 Song, F., et al., Cryo-EM study of the chromatin fiber reveals a double helix twisted by tetranucleosomal units. Science, 2014. 344(6182): p. 376-80.

　　【3】 Jiang, D. and F. Berger, DNA replication-coupled histone modification maintains Polycomb gene silencing in plants. Science, 2017. 357(6356): p. 1146-1149.

　　【4】 Coleman, R.T. and G. Struhl, Causal role for inheritance of H3K27me3 in maintaining the OFF state of a Drosophila HOX gene. Science, 2017. 356(6333).