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1.植物中H3K27me3去甲基化酶REF6的发现 PcG介导的组蛋白H3第27位赖氨酸上三甲基化（H3K27me3）在基因沉默和发育调控中起着至关重要的作用。小鼠胚胎干细胞中超过10%的基因受该种修饰调控，拟南芥中超过7,000个基因受该修饰调控。拟南芥中H3K27me3主要由CLF和SWN两个甲基转移酶催化，并招募LHP1结合以有效抑制基因表达。在哺乳动物中H3K27me3修饰是可逆的，但植物中并不存在哺乳动物中H3K27me3去甲基化酶KDM6的直系同源物，前人研究表明拟南芥中H3K27me3甲基化也是可以被主动去除的，但是，之前H3K27me3去甲基化酶一直没有被发现。 该研究组首先建立了植物细胞内组蛋白去甲基化酶活性检测体系，通过该体系发现拟南芥REF6/JMJ12可以特异性地去除H3K27双甲基化和三甲基化修饰。过表达REF6的植物与H3K27me3功能异常突变体具有相似的表型。遗传学研究证明，clf/swn对ref6表现上位效应，同时ref6可以部分回复clf的表型，表明REF6和H3K27me3甲基转移酶起着相互拮抗的作用。通过H3K27me3抗体进行染色质免疫共沉淀结合大规模测序分析鉴定了数百个基因H3K27me3水平上升，这些基因多数是REF6的靶基因，参与植物发育以及对各种刺激响应等多种生物学过程。转录组分析表明这些基因上H3K27me3水平上升与其转录抑制呈正相关。综上所述，REF6是在植物中首次发现的H3K27me3去甲基化酶。REF6在动物中的同源蛋白KDM4可以去甲基化H3K9me3，LHP1在动物中的同源蛋白HP1在体内结合H3K9me3。由于拟南芥中H3K9me3水平很低，因此REF6和LHP1可能在进化中获得了新的功能，参与到H3K27me3介导基因沉默的调控途径中。这一研究工作填补了植物H3K27me3调控机制的一个重要空白，并表明该机制在高等动植物中是保守的，为进一步研究H3K27me3在植物生长发育及对环境响应过程中的作用奠定了基础。 论文链接：https://www./articles/ng.854 2. REF6的作用机制--如何特异性招募到靶基因 上一篇研究发现REF6/JMJ12可以特异性的去除H3K27me3/me2甲基化修饰，调控了拟南芥基因组中超过600个基因的H3K27me3水平。然而，REF6如何特异性招募到这些靶基因上的分子机制还不清楚。 该研究发现，REF6蛋白C端的串联锌指结构域是其功能所必须的。缺失串联锌指结构域的REF6蛋白虽然仍具有H3K27me3去甲基化的酶活性，但是不能找到其靶基因位点。进一步研究发现REF6可以通过自身的串联锌指结构域识别特异DNA基序（CTCTGYTY）实现其对靶基因的选择性，进而实现位点特异性的H3K27me3去甲基化。通过对基因组内CTCTGYTY基序的生物信息学分析，研究者发现REF6更倾向于结合在CTCTGYTY基序密集而且染色质处于活跃状态的区域（图1）。同时研究者发现在ref6突变体中有一定比例的子叶融合表型。前人研究发现拟南芥CUC1，CUC2和CUC3三个同源的转录因子参与了子叶边界分离过程。染色质免疫共沉淀实验表明，REF6可以结合CUC1和CUC3基因位点并去除H3K27me3甲基化，但不影响CUC2。与之前的发现一致的是CUC1和CUC3基因位点含有多个CTCTGYTY基序，而CUC2基因位置不含有此基序。ref6与CUC基因的双突变以及三突变的遗传分析进一步证实REF6通过CUC1和CUC3基因而不是CUC2基因调节器官边界形成。REF6同源蛋白广泛存在于植物不同类群（从苔藓植物到被子植物），对这些蛋白锌指结构域的序列识别特异性进行进一步研究将有助于我们理解植物中组蛋白去甲基化酶有何特异调控靶基因。 论文链接：https://www./articles/ng.3556 3.REF6的作用机制--倾向结合常染色质区域的研究 上述两项研究表明REF6是H3K27me3去甲基化酶，同时又具有内在的DNA结合能力，并通过位于其C-末端的串联锌指（ZnF）结构域特异性识别其靶序列（CTCTGYTY基序，Y = T或C）。 然而，REF6倾向于结合位于活性染色质状态的基序CTCTGYTY基序，并且拟南芥基因组中仅约15％的此类序列被酶结合，表明REF6作用机制涉及额外的调节以精确控制H3K27me3的水平。 在该研究中，研究表明CTCTGYTY基序中的非CG甲基化是阻止REF6靶向的一种方法。结构分析表明CHG甲基化不利于REF6结合DNA基序并能减弱REF6结合亲和力。体内染色质免疫沉淀（ChIP）结合高通量亚硫酸氢盐测序（ChIP-BS-seq）结果表明REF6更喜欢结合低甲基化DNA。进一步研究表明在ddcc四突变体中（非CG甲基化酶突变体，非CG甲基化减少），REF6能异位结合多个新靶标，其大多数位于常染色区中的短TE中或与之相邻，更加证实了非CG甲基化阻止REF6靶向。因此，该研究结果不仅证明了REF6的靶向机制，而且揭示了与转录激活的组蛋白修饰酶通过DNA甲基化抑制其活性避免与异染色质结合，从而避免转座子的激活的机制。 论文链接或点击【阅读原文】： https://www./articles/s41467-019-10026-1 微信加群 iPlants组建了9个植物科学研究交流群，汇聚了一批全球各地的从事植物科学研究的研究生和PI。欢迎从事植物科学相关研究的同学和老师加入我们，一起讨论学术和梦想。温馨提示：进群请备注一下（格式如学校+专业+姓名，如果是PI/教授，请注明是PI/教授/副教授/副研究员/博后，否则就直接默认为在读研究生，谢谢）。加小编微信号(ID: iplants)或长按下面二维码时，请注明学校和专业，非诚勿扰。 |
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