Nature：基因表达转录调控新机制

　　

生物通报道  斯托瓦斯医学研究所的科学家们通过操纵Set2信号通路揭示了基因忠实拷贝的机制。

基因表达的第一步是通过一种称作RNA聚合酶-II（Pol II）的酶将DNA片段精确复制为镜像RNA。科学家们认为pol II并不是沿着DNA高速公路向下平稳滑过来转录RNA的，而是遭遇到了DNA紧紧缠绕组蛋白的这样一个障碍过程。因此必须将这些蛋白推至一旁， pol II才能滚动通过。

斯托瓦斯医学研究所研究员Jerry Workman博士领导的实验室在以往的研究中揭示了一轮转录一旦完成，与pol II相关的一种称作Set2的蛋白如何在生物化学上修复组蛋白抑制情势以防止潜在有害RNA片段表达的机制。

在发表于8月22日《自然》（Nature）杂志在线版上的一项研究中，Workman研究小组利用酵母Set2突变体揭示了在适当以及如癌细胞的不适当情况下，维持基因表达继续的惊人机制。

Workman 说：“实验室的目标是要了解转录的运作机制。我们知道RNA链的合成必须从基因的起点开始最终编码出全长的蛋白质，阻止RNA合成在基因中隐含的位点开始是非常重要的。在这项研究中，我们在分子水平上探讨了其有可能是如何发生的。”

两类染色质重塑因子竞争激活或抑制基因表达。“激活子”通过用乙酰基团修饰组蛋白，将其撬离DNA使得pol II得以通过。抑制组包括Set2在内，通过插入它们自己的生物化学标志来终止基因表达，这一标志就是甲基基团，随后吸引一种酶除去乙酰基团，修复染色质至难以接近的状态。这种抑制确保了转录的错误起始不会发生在基因所谓的“隐含”位点。

以往，很多人以为当通过染色质重塑子修饰或除去组蛋白乙酰基时，组蛋白仍然与DNA保持接触。“这是一种可能的情况，但我们根本不知道随着RNA链的延伸染色质上的组蛋白到底发生了什么。我们认为在转录过程中发生了某种组蛋白交换，但却并不知道它是否在整个基因发生。”

为了调查潜在的组蛋白重组，研究小组通过遗传操作酿酒酵母追踪是否有标记组蛋白移入及移出染色质的方式评估了组蛋白的化学修饰。利用这一系统他们比较了Set2突变体和正常酵母中所有6000种基因中全面的组蛋白乙酰化和甲基化。

他们首先观察到在正常细胞中Set2插入的抑制性甲基化标记遍及了正表达基因的轨道，如预期的在Set2突变体中标记消失。在这些突变体中大部分的基因显示乙酰化标记相应增加，这可以通过Set2招募乙酰基剪除机能力丧失来解释。

进一步的分析表明这其中许多的乙酰化蛋白实际上并非是残留嵌入在染色质中的，而是从外部的堆积物中“引入”的，或如Venkatesh所说“预乙酰化”。“这是非常重要的因为它意味着你不要要将重塑酶带到再乙酰化组蛋白处，“他说。

这些研究还表明Set2在调控基因表达中比预想的发挥了更为复杂的作用。Workman 解释说：“通过Set2放置在组蛋白上的甲基标记具有两个功能。它不仅招募了脱乙酰酶去除组蛋白的乙酰基标记，这些新发现表明它还阻止了预乙酰化组蛋白结合到基因上。

研究小组还利用微阵列分析将这些化学修饰与异常基因表达联系起来，显示不同于正常酵母，Set2突变体生成了各种截短的“隐含”RNA转录物。

Venkatesh说：“当基因表达时，你不会想分流系统生成不用利用的RNAs。当细胞处于热压力或环境压力下时，它们通过生成短RNA彪马发生压力信号的蛋白来做出反应。细胞在正常情况下需要Set2来维持这些隐含的转录起始位点的宁静。”

Workman同意并指出RNA的截短链有可能干扰了正常RNAs翻译为蛋白质。“生成它们表明了包含这些基因的区域中染色体的不稳定性，这种情况可能会导致人类的癌症。Set2蛋白的人类相似物SETD2，据报道功能为肿瘤抑制子，在包括乳腺癌和肾细胞癌在内的几种类型的癌症中它的活性均丧失，”他说。

认识到组蛋白交换实际上以大比例发生与规划中的癌症治疗也有相关性。“乙酰化和脱乙酰化组蛋白的蛋白质作为抗癌药物的靶点正在研究之中。因此了解将乙酰化组蛋白带到基因处的机制非常重要。像我们这样的机制研究提供了这类的认识，”Venkatesh说。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Set2 methylation of histone H3 lysine 36 suppresses histone exchange on transcribed genes

Set2-mediated methylation of histone H3 at Lys 36 (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 polymerase II.