Hbo1和Msl复合物通过维持有丝分裂期X染色体的差异压缩和H3K27me3标记实现表观遗传记忆

本研究针对哺乳动物X染色体失活（XCI）过程中表观遗传记忆的维持机制，通过高分辨率流式分选和定量蛋白质组学技术，首次揭示了有丝分裂期活性X染色体（Xa）特异性富集Hbo1和Mof-Msl组蛋白乙酰转移酶复合物。研究发现抑制这些复合物活性会破坏Xa与失活X染色体（Xi）在压缩程度和H3K27me3标记上的差异，为理解细胞分裂过程中表观遗传信息的跨代传递提供了新视角。该成果发表于《Nature Cell Biology》，为剂量补偿和X染色体相关疾病研究开辟了新路径。

　　

在哺乳动物雌性个体中，两条X染色体的基因剂量平衡是通过随机失活一条X染色体（Xi）来实现的，而另一条保持活性（Xa）。这种状态需要在细胞分裂过程中被精确维持，但长期以来，科学家们对细胞如何"记住"X染色体状态知之甚少。随着研究的深入，人们发现Xi在间期具有独特的异染色质特征，包括H3K27me3富集、组蛋白去乙酰化和压缩的染色体结构。然而，在有丝分裂期，当染色体高度压缩、大部分转录因子被驱逐时，这些差异特征如何被保留仍是一个未解之谜。

为回答这一问题，研究人员采用了多项关键技术：首先建立了从雌性和雄性小鼠前B细胞（mpre-B）中分离天然有丝分裂期染色体的方法；利用H3K27me3标记的差异通过流式细胞术分选Xi和Xa；采用液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）进行定量蛋白质组学分析；通过免疫荧光和DNA甲基化分析验证染色体状态；使用特异性抑制剂WM-3835和条件性基因敲除小鼠胚胎成纤维细胞（MEFs）进行功能验证。

研究结果

Xist RNA在有丝分裂期的动态变化

通过RNA荧光原位杂交（FISH）观察到Xist RNA在间期特异性地包裹Xi，但在有丝分裂过程中从染色体上逐渐解离，到后期和末期完全消失。这一发现解释了为什么在分选的染色体样本中几乎检测不到Xist相关蛋白。

Xi和Xa的差异蛋白质组特征

比较雌性和雄性来源的X染色体蛋白质组，发现109种蛋白在雌性样本中显著富集，包括已知的Xi标记物macroH2A。然而，大多数报道的Xist相互作用蛋白在Xi和Xa之间没有显著差异，提示这些蛋白可能不参与有丝分裂期的表观遗传记忆。

HAT复合物在Xa上的特异性富集

最引人注目的发现是组蛋白乙酰转移酶（HAT）复合物成分的选择性保留：Hbo1/Kat7复合物和Mof-Msl复合物（含Msl1）在Xa上显著富集，而Xi则富集HAT抑制因子Noc2L和Mybbp1a。免疫荧光证实Xa上H3K14ac和H4K16ac修饰水平显著高于Xi。

HAT活性对染色体状态的影响

使用Hbo1特异性抑制剂WM-3835处理导致H3K14ac水平下降，使Xa的压缩程度增加至接近Xi的水平。在Msl2敲除或Mof条件性敲除的MEFs中，H4K16ac的缺失不仅使X染色体尺寸减小，还导致Xi和Xa的H3K27me3分布差异消失，形成单一的中间状态。

讨论与意义

这项研究首次揭示了HAT复合物在维持有丝分裂期X染色体状态中的关键作用。Hbo1和Mof-Msl复合物通过维持Xa上特定的组蛋白乙酰化修饰，防止其过度压缩并保持与Xi的表观遗传差异。这一发现突破了"有丝分裂期普遍去乙酰化"的传统认知，为理解表观遗传记忆的分子机制提供了新视角。

从进化角度看，这些发现支持了Ohno关于剂量补偿分两步进化的假说：首先通过X染色体基因的普遍上调补偿Y染色体基因的丢失，再通过随机X失活平衡两性间的基因剂量。该研究建立的有丝分裂染色体分离和蛋白质组分析方法，为研究其他表观遗传现象和染色体相关疾病提供了重要技术平台。