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1928年，植物学家Emil Heitz 首次发现细胞中存在一种致密的染色质结构，并称之为异染色质区域【1】。后来的研究发现，这种异染色质主要存在于中心粒，端粒和一些DNA重复序列的位置。由于其包裹致密，通常难以被活跃的转录因子接触而处于转录抑制的状态。因此，也就有助于抑制这些区域的过度活跃，保证基因组的稳定性。 在酵母中，异染色质的建立大都依赖于RNAi（RNA interference）通路介导的组蛋白修饰H3K9me的建立【1】。常染色质建立新的H3K9me需要两个条件，一是通过该区域的nascent RNA作为平台招募靶向该位点的trigger siRNA，带来（RNAi-induced transcriptional gene silencing）复合体。二是RITS帮助招募H3K9me的甲基转移酶Clr4来催化形成H3K9me。但是由于常染色质区域转录活跃，nascent RNA在转录出来后被迅速运走，所以在常染色质建立新的H3K9me通常需要敲除mRNA运输蛋白来提高nascent RNA的原位稳定性。同样，对于H3K9me在DNA复制过程中的维持，之前哈佛医学院Moazed组证明，在没有RNAi的情况下，Clr4很难独立维持稳定的H3K9me【2,3】。 那么，RNAi可以帮助Clr4一起维持H3K9me的稳定遗传吗？如果可以, RNAi在H3K9me的维持中的机制是否和建立时一样？RITS是否仍然需要依赖持续稳定的nascent RNA还是可以通过和旧的H3K9me相互作用来维持H3K9me的遗传呢？2018年6月20日，Moazed组的博士研究生Ruby Yu和Xiaoyi Wang在Nature杂志上的文章详细地回答了这些问题【4】。 为了回答这些问题，研究人员巧妙地在酵母中同时构建了H3K9me从头建立和H3K9me维持这两个模型，来比较RITS行使功能所需要的组分。 在酵母chr1的中心粒异染色质区域转入的ade6基因，会被中心粒已有的H3K9me沉默并产生siRNA，介导内源chr3的ade6基因H3K9me的从头建立。而chr3上建立后的H3K9me可以继续遗传至后代。 通过这个模型，研究人员首先证明破坏mRNA的运输（可能有助于更多nascent RNA保留在chr3的ade6上招募RITS复合体）和chr1上产生的trigger siRNA对于在chr3上从头建立H3K9me是必需的。但是一旦chr3上的H3K9me建立以后，会在附近产生大范围的次级siRNA，并不再依赖于原有的chr1上的siRNA和破坏mRNA运输来保证H3K9me信号的遗传。 sRNA-seq检测到在chr3的ade6基因附近产生的大量次级siRNA信号 由于体内一直存在的H3K9me的擦除机制，所以利用次级siRNA的大量产生和招募RITS结合旧的H3k9me来帮助招募Clr4能够以更高的效率来维持异染色质上H3K9me的动态平衡。 左图：在有RNAi的情况下，RITS被nascent RNA招募后结合旧的H3K9me并帮助招募Clr4建立新的H3K9me；右图：在没有RNAi的H3K9me位点，擦除快于建立，H3K9me不能维持 这一研究发现，H3K9me的维持的条件不同于H3K9me的建立。在从头建立H3K9me的过程中，由于mRNA或者常染色体转录本不能有效地被RITS 结合, 需要破坏mRNA的运输来使nascent RNA更好地被RITS结合，来帮助建立H3K9me。但是一旦H3K9me建立以后，在DNA复制过程中，由于染色质上有一半旧的带有H3K9me的组蛋白，RITS可以结合到这些H3K9me上增加其稳定性，同时产生大量次级siRNA。因此，即使拿掉了trigger siRNA和最开始的mRNA运输蛋白突变, H3K9me还是可以稳定的维持下去。同样，Clr4也是通过“读-写”机制来维持H3K9me，Clr4可以结合（读）旧的带有H3K9me的组蛋白上的修饰，合成（写）新的组蛋白上的修饰。所以，从分子机制角度讲，这是两个经典的正反馈调节机制介导的表观遗传模型。一个是RITS结合H3K9me后产生更多siRNA来招募RITS。另外一个是Clr4催化生成的H3k9me也能结合更多的Clr4。 Danesh Moazed 实验室现在主要致力于用裂殖酵母和哺乳动物细胞研究组蛋白修饰，非编码RNA 和DNA序列如何调控表观修饰遗传的原理。过去的二十年里，Danesh Moazed对于异染色质的建立和维持做出了里程碑式的贡献，包括RITS 复合体的纯化，发现了RNAi介导的异染色质形成的原理，以及首次证明了组蛋白修饰本身可以作为可遗传的表观遗传信息的载体。 参考文献 1. Lippman, Z. & Martienssen, R. The role of RNA interference in heterochromatic silencing. Nature 431, 364–370 (2004). 2. Ragunathan, K., Jih, G. & Moazed, D. Epigenetic inheritance uncoupled from sequence-specific recruitment. Science (80-. ). 348, (2015). 3. Wang, X. & Moazed, D. DNA sequence-dependent epigenetic inheritance of gene silencing and histone H3K9 methylation. Science (80-. ). 356, 88–91 (2017). 4. Yu, R., Wang, X. & Moazed, D. Epigenetic inheritance mediated by coupling of RNAi and histone H3K9 methylation. Nature 1 (2018). doi:10.1038/s41586-018-0239-3 本文转载自：
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