2012年8月28日 訊 /生物谷BIOON/ --基因表達(dá)的第一步就是利用RNA聚合酶II(RNA polymerase II, pol II)將一段DNA精確地拷貝到鏡像RNA之中,?？茖W(xué)家們認(rèn)識(shí)到pol II并不沿著DNA高速軌道輕柔地滑動(dòng)來(lái)將它轉(zhuǎn)錄為RNA,，相反它在緊密地纏繞著被稱(chēng)作組蛋白的屏障蛋白(barrier protein)的DNA上遭遇著重重障礙。
在之前的研究中,，美國(guó)斯托瓦斯醫(yī)學(xué)研究所(Stowers Institute for Medical Research)研究員Jerry Workman博士證實(shí)一旦一輪轉(zhuǎn)錄完成之后，為了阻止?jié)撛谟泻Φ腞NA片段表達(dá),，在生化上與pol II結(jié)合的蛋白Set2如何恢復(fù)抑制性的組蛋白環(huán)境,。
如今，在一項(xiàng)于2012年8月22日在線刊登在《自然》期刊上的研究中,，他的研究團(tuán)隊(duì)利用Set2發(fā)生突變的酵母揭示出細(xì)胞利用一個(gè)令人吃驚的機(jī)制來(lái)維持基因表達(dá)繼續(xù)進(jìn)行下去,，不論是在合適環(huán)境之下，還是在不合適的環(huán)境之下,，如像癌細(xì)胞中那樣,。
兩類(lèi)染色質(zhì)重塑因子(chromatin remodeling factor)相互競(jìng)爭(zhēng)來(lái)激活或抑制基因表達(dá)。“激活者”通過(guò)利用乙?；揎椊M蛋白從而讓組蛋白放松對(duì)DNA的控制,，這就讓組蛋白脫離DNA從而允許pol II通過(guò)DNA高速軌道上的重重障礙。另一類(lèi)發(fā)揮相反作用的染色質(zhì)重塑因子,，包括Set2,，通過(guò)植入它們自己的被稱(chēng)作甲基的生化標(biāo)記,，接著吸引一種酶來(lái)移除乙酰基從而恢復(fù)染色質(zhì)到一種不可訪問(wèn)的狀態(tài),，最終終止基因表達(dá),。這種抑制確保錯(cuò)誤的轉(zhuǎn)錄起始并不在一個(gè)基因的隱蔽位點(diǎn)上發(fā)生。
在此之前,，很多人猜測(cè)盡管染色質(zhì)重塑因子對(duì)組蛋白進(jìn)行乙?；腿ヒ阴；?，但是組蛋白仍然與一條DNA鏈保持接觸,。論文第一作者Swami Venkatesh博士認(rèn)為某類(lèi)組蛋白交換在轉(zhuǎn)錄期間發(fā)生，但是人們并不確認(rèn)在整個(gè)基因上,，這種交換是否會(huì)發(fā)生,。
為了研究潛在的組蛋白交換，研究人員對(duì)釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)進(jìn)行改造以便追蹤標(biāo)記的組蛋白進(jìn)出染色質(zhì),，這樣就可以評(píng)估組蛋白的化學(xué)修飾,。利用這種系統(tǒng)，他們比較了正常酵母和Set2發(fā)生突變的酵母中全部6000個(gè)基因的全部乙?；图谆V,。
他們首先在正常細(xì)胞中，Set2植入的抑制性甲基化標(biāo)記位于正在表達(dá)中的基因片段的兩側(cè),，而且正如期待中的那樣,，在Set2發(fā)生突變的酵母中，這種標(biāo)記是缺失的,。在這些酵母突變體中,，大部分基因的乙酰化標(biāo)記相反會(huì)增加,，這也可以從Set2招募去乙?；傅哪芰G失來(lái)加以解釋。
進(jìn)一步的分析揭示這些乙?；慕M蛋白中的很多蛋白事實(shí)上并不嵌入在染色質(zhì)之中,，相反它們是從外面“進(jìn)口”而來(lái)的，或者說(shuō)它們事先已發(fā)生乙?；?。這比較重要，這是因?yàn)榧?xì)胞不用招募一種重構(gòu)酶來(lái)對(duì)組蛋白再次乙?；?。這些研究還揭示Set2在控制基因表達(dá)中發(fā)揮著比期待中更加復(fù)雜的作用。Workman解釋道,，“Set2植入在組蛋白上的甲基標(biāo)記發(fā)揮著兩種功能,。它不僅招募去乙?；竵?lái)移除組蛋白上的乙酰標(biāo)記，而且這些新發(fā)現(xiàn)提示著它還阻止事先乙?；慕M蛋白整入到基因之中,。”
研究人員利用芯片分析還將這些化學(xué)修飾與異常的基因表達(dá)相關(guān)聯(lián)在一起：不同于正常的酵母，Set2發(fā)生突變的酵母產(chǎn)生眾多截?cái)嗟碾[蔽RNA轉(zhuǎn)錄本,。在注意到這些截?cái)嗟腞NA鏈之后,，Workman同意道，它們可能干擾正常的RNA表達(dá)為蛋白,。人也有Set2蛋白的對(duì)等物,，即SETD2，據(jù)報(bào)道,，它們作為腫瘤抑制物而發(fā)揮作用,，而且在包括乳腺癌和腎癌在內(nèi)的幾種類(lèi)型的癌癥中，它的活性丟失了,。鑒于組蛋白交換實(shí)際上在很大程度上發(fā)生,，所以這也有助于人們找到抗癌療法。(生物谷Bioon.com)
本文編譯自Scientists manipulate the Set2 pathway to show how genes are faithfully copied
doi: 10.1038/nature11326
PMC:
PMID:
Set2 methylation of histone H3 lysine36 suppresses histone exchange on transcribed genes
Swaminathan Venkatesh, Michaela Smolle, Hua Li, Madelaine M. Gogol, Malika Saint, Shambhu Kumar, Krishnamurthy Natarajan & Jerry L. Workman
Set2-mediated methylation of histone H3 at Lys36 (H3K36me) is a co-transcriptional event that is necessary for the activation of the Rpd3S histone deacetylase complex, thereby maintaining the coding region of genes in a hypoacetylated state1, 2. In the absence of Set2, H3K36 or Rpd3S acetylated histones accumulate on open reading frames (ORFs), leading to transcription initiation from cryptic promoters within ORFs1, 3. Although the co-transcriptional deacetylation pathway is well characterized, the factors responsible for acetylation are as yet unknown. Here we show that, in yeast, co-transcriptional acetylation is achieved in part by histone exchange over ORFs. In addition to its function of targeting and activating the Rpd3S complex, H3K36 methylation suppresses the interaction of H3 with histone chaperones, histone exchange over coding regions and the incorporation of new acetylated histones. Thus, Set2 functions both to suppress the incorporation of acetylated histones and to signal for the deacetylation of these histones in transcribed genes. By suppressing spurious cryptic transcripts from initiating within ORFs, this pathway is essential to maintain the accuracy of transcription by RNA polymeraseII.
