周岳课题组与合作者在Nature Communications发文揭示组蛋白H2A的单泛素化调控转录热点染色质开关的分子机制

  Polycomb Group (PcG)蛋白最早于果蝇中发现,在动物和植物中功能保守。PcG蛋白通过负向修饰染色质抑制基因表达,主要的作用分为三种:单泛素化修饰组蛋白H2A(H2AK121ub)、三甲基化修饰组蛋白H3(H3K27me3)、压缩染色质。相比较PcG介导的两种组蛋白修饰,PcG蛋白如何调控染色质结构仍不清楚。2021年1月12日,蛋白质与植物基因研究国家重点实验室、威尼斯人登录网址周岳课题组与西班牙植物生物化学和光合作用研究所Myriam Calonje研究员合作在《自然•通讯》(Nature Communication)上在线发表了题为“H2AK121ub in Arabidopsis associates with a less accessible chromatin state at transcriptional regulation hotspots”的研究论文。揭示了拟南芥PcG蛋白对转录调控热点进行组蛋白H2A的单泛素化修饰,进而通过PRC2和EMF1压缩染色质状态,抑制基因表达参与调控植物生长发育的分子机制。

  周岳课题组首先构建了所有拟南芥PcG蛋白的突变体。由于PRC2本质上是一个组蛋白甲基化转移酶复合体,在孢子体阶段核心成员是两个SET结构域蛋白,CLF和SWN2,因此用 clfswn 双突代表PRC2突变体。植物PRC1有4个成员,相互关系并不清楚,功能也有所区别,所以构建了4种突变体,用以代表所有PRC1突变体,包括 lhp1 、 ring1ab 、 bmi1abc 和 emf1 。研究人员通过ATAC-seq解析了所有PcG突变体的染色质状态,发现PcG突变体染色质开放程度大幅增加,而且出现了很多新的开放位点。通过整合100个已经发表的转录因子ChIP-seq数据,发现Tn5高敏感位点(THS)与转录因子结合位点共定位,揭示了PcG蛋白参与压缩转录调控热点的染色质状态。进一步对所有PcG突变体进行H2AK121ub和H3K27me3修饰的ChIP-seq分析,结果表明大约80%的THS区域附近存在H2AK121ub修饰,而只有30%的THS区域存在H3K27me3修饰,这30%的THS同时具有H2AK121ub修饰。相比于野生型,被H3K27me3修饰的位点总是关闭的,而同时拥有两种修饰的区域染色质状态可以在突变体中被打开。综上所述,该研究揭示了植物转录因子需要在不同生长阶段或环境响应中结合转录调控热点,而转录调控热点的染色质状态受到PcG蛋白的调控。

  

  工作模型:PcG蛋白通过组蛋白修饰调控染色质状态

  威尼斯人登录网址博士后尹晓畅和西班牙植物生物化学和光合作用研究所的Francisco J Romero-Campero助理研究员为本文并列第一作者,威尼斯人登录网址周岳研究员、西班牙植物生物化学和光合作用研究所Myriam Calonje研究员和Francisco J Romero-Campero助理研究员为论文共同通讯作者。浙江大学、北京市农林科学院、山东师范大学等单位也参与了该研究。该研究得到国家自然科学基金、蛋白质与植物基因研究国家重点实验室、威尼斯人登录网址、北京大学-清华大学生命科学联合中心的资助。

  

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