朱冰课题组再发《EMBO reports》 解析表观遗传

　　

生物通报道  2011年2月18日，北京生命科学研究所朱冰实验室在《EMBO reports》杂志在线发表题为” Symmetrical modification within a nucleosome is not required globally for histone lysine methylation” 的文章。该文章首次报道了，单个核小体内两个相同组蛋白上的甲基化修饰状态并不必须对称存在。

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核小体中有六个主要的甲基化位点。同时，在每个核小体中，各种核心组蛋白都分别有两个拷贝，但目前并不知道在这两个相同的组蛋白拷贝上，同一甲基化位点的修饰程度是否必须对称存在。而这是组蛋白修饰精确实现继承的前提之一。

新研究发现所有18种甲基化修饰状态在核小体中都并非必须对称存在。这一结果否定了表观遗传修饰的继承是通过在单个核小体内部复制组蛋白修饰状态来完成的假说。该文章同时发现，组蛋白H4上第20位赖氨酸突变后，与这种突变的组蛋白H4存在于同一个核小体中的内源H4上第20位赖氨酸的二甲基化和三甲基化水平都有所下降，表明催化此类修饰的酶可能偏好组蛋白H4已经被甲基化的核小体作为其底物。

这篇论文是朱冰课题组新年伊始在组蛋白表观遗传学研究中取得的第3个研究成果。之前两篇研究论文分表发表在《Cell Research》和《The Journal of Biological chemistry》杂志上。

在《Cell Research》杂志题为“Histone methyltransferase G9a contributes to H3K27 methylation in vivo”的文章中，朱冰研究组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。

另外一篇公布在《The Journal of Biological chemistry》杂志上文章中，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。

原文摘要：
Symmetrical modification within a nucleosome is not required globally for histone lysine methylation

Two copies of each core histone exist in every nucleosome; however, it is not known whether both histones within a nucleosome are required to be symmetrically methylated at the same lysine residues. We report that for most lysine methylation states, wild-type histones paired with mutant, unmethylatable histones in mononucleosomes have comparable methylation levels to bulk histones. Our results indicate that symmetrical histone methylation is not required on a global scale. However, wild-type H4 histones paired with unmethylatable H4K20R histones showed reduced levels of H4K20me2 and H4K20me3, suggesting that some fractions of these modifications might exist symmetrically, and enzymes mediating these modifications might, to some extent, favour nucleosome substrates with premethylated H4K20.

（生物通：何嫱）

作者简介：
朱冰博士
北京生命科学研究所研究员

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。

实验室以后的工作主要集中在：

1. 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。

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。