INO80/SWR染色质重塑复合物通过BRD2与染色质景观调控Pol II转录的机制研究

本研究针对INO80/SWR染色质重塑复合物（包括INO80、P400/TIP60和SRCAP）如何调控特定基因表达的机制不明确的问题，通过急性蛋白降解与多组学分析，揭示了这些复合物通过影响H2A.Z乙酰化（H2A.Zac）和BRD2染色质结合来调控Pol II转录的直接靶基因，并阐明了其在不同时间尺度扰动下的差异表型，为发育与疾病中转录调控提供了新见解。

　　

在真核生物中，RNA聚合酶II（Pol II）介导的转录过程需要克服染色质屏障，例如+1核小体。组蛋白变体H2A.Z的掺入能够调控Pol II转录，但其具体机制尚不完全清楚。INO80/SWR染色质重塑复合物（包括INO80、P400/TIP60和SRCAP）已知参与H2A.Z的动态调节，然而它们如何精确控制特定基因表达仍不明确。此外，以往研究多采用长期RNA干扰或基因突变方法，可能引入次级效应，难以区分直接作用。因此，需要利用急性扰动手段揭示其即时功能。

本研究利用小鼠胚胎干细胞（mESCs）模型，通过CRISPR/Cas9基因编辑技术构建了INO80、P400和SRCAP的C末端降解标签（mAID-GFP），实现auxin诱导的急性蛋白降解。结合多组学分析，包括CUT&Tag（用于染色质结合）、ChIP-seq（Pol II占据）、TT-seq（新生转录本）和RNA-seq（总转录组），以及质谱分析（ChIP-MS、TurboID-MS），系统阐明了这些重塑复合物的直接靶基因和调控机制。

The validation of INO80/SWR remodelers degron in mESCs

通过Western blot和CUT&Tag验证了降解系统的特异性和有效性，证实1小时auxin处理可特异性降解目标蛋白，且不影响其他核心组分（如RUVBL2）和Pol II磷酸化状态。

The loss of INO80/SWR remodelers lead to diverse defects of Pol II transcription

Pol II ChIP-seq显示，INO80缺失导致TSS和TES区域Pol II占据增加，而P400和SRCAP降解则减少Pol II在TSS的结合。TT-seq鉴定出下调基因占主导，并通过交集分析（重塑复合物结合下降＞50%、Pol II占据显著变化、TT-seq差异表达）定义了直接靶基因（如INO80调控Smad7、P400调控Eno1、SRCAP调控Krit1）。

The H2A.Z occupancy and chromatin accessibility are affected after the acute depletion of INO80/SWR remodelers

H2A.Z CUT&Tag表明，1小时降解中，INO80缺失对H2A.Z占据影响最小，P400和SRCAP降解则显著降低H2A.Z在TSS的富集；24小时降解后，INO80缺失反而增加H2A.Z占据。ATAC-seq显示染色质可及性变化与H2A.Z改变相关，但新生转录变化与H2A.Z缺失数据无直接关联，提示H2A.Z非唯一介质。

The INO80, P400/TIP60, and SRCAP remodelers are responsible for the expression of different genes

ChAR-seq和RNA-seq分析发现，1小时降解主要影响RNA加工相关基因，而24小时降解导致功能特异性紊乱：INO80影响代谢基因、P400影响发育基因、SRCAP影响RNA修饰和纤毛组装基因。剪接分析（rMATS）提示重塑复合物可能参与共转录RNA加工。

INO80/SWR remodelers regulate Pol II transcription via BRD2

机器学习模型（GLM）筛选出组蛋白修饰（如H3K36me3、H3K27ac）和BRD2是区分直接靶基因的关键因子。ChIP-MS和Co-IP验证了BRD2与INO80/SWR复合物的相互作用。Pol II-TurboID-MS显示，重塑复合物降解后，BRD2和组蛋白乙酰转移酶与Pol II的邻近标记减少。BRD2降解的TT-seq与重塑复合物降解靶基因高度重叠，且BRD2缺失导致H2A.Z和H2A.Zac占据增加，提示反馈调节回路。

The regulation of Pol II transcription by INO80/SWR remodelers is associated with certain chromatin landscape, such as H2A.Z acetylation, H3.3, and the binding of other INO80/SWR remodelers

Western blot和CUT&Tag证实P400/SRCAP降解降低H2A.Zac水平，而INO80降解不影响H2A.Zac但增加H3.3占据。交叉CUT&Tag实验发现INO80降解减少P400和SRCAP染色质结合，P400降解也降低INO80结合，表明复合物间存在交叉调控。

Regulatory circuit coordinating BRD2 chromatin occupancy, INO80/SWR remodeler function, and H2A.Z modification states

BRD2降解实验进一步证实了其与重塑复合物的功能互联：BRD2缺失降低INO80结合、增加P400结合、不影响SRCAP结合，同时升高H2A.Z和H2A.Zac水平，揭示了BRD2-H2A.Zac-重塑复合物组成的调控环路。

本研究通过急性降解策略和多组学整合分析，揭示了INO80/SWR复合物通过调控H2A.Zac和BRD2染色质结合以直接影响Pol II转录的机制。其中，P400和SRCAP主要依赖H2A.Zac介导BRD2招募，而INO80通过H2A.Zac非依赖途径（如调控H3.3和交叉维持其他复合物结合）发挥作用。研究还发现了复合物间的层级调控（如INO80促进P400/SRCAP染色质结合）和BRD2参与的反馈回路，提供了对染色质重塑复合物在转录调控中精确分工的新认识。这些发现对理解发育和疾病（如多能性维持、癌症代谢）中特定基因程序调控具有重要意义。论文发表于《Nucleic Acids Research》，为靶向染色质重塑的 therapeutic 策略提供了理论基础。