Cell：Barbara Meyer組發現X染色體3D結構的表觀調控機理

編者按

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北京時間9月1日凌晨，國際學術期刊Cell在線發表了加州大學伯克利分校Barbara Meyer課題組題為《H4K20去甲基化酶對X染色體的動態調控》的研究論文，揭示了組蛋白去甲基化酶可通過調控H4K20me1的動態變化來影響X染色體的3D結構及功能。

在真核生物細胞中，基因遺傳很重要的載體是DNA，但在大多數細胞中，DNA的存在常態往往是染色體，是DNA經過三級壓縮後包裝而成的高級結構，即所謂的染色體3D結構。在這個壓縮過程中，有著多步生物化學反應，如甲基化、乙醯化、組蛋白修飾等等，並涉及到多種生物酶的參與。但這個過程具體到底是怎麼發生的，還存在不少未解之謎。此外，過去已有研究證明，染色體高級結構的形成及其表觀修飾對於基因調控有著重要作用。

本論文的主要研究對象是遺傳學經典模式生物——秀麗線蟲，研究的主要領域是劑量補償效應，研究的重要成果在於發現了一種染色體3D結構和功能的動態調控機制。該研究首次發現了DPY-21是一種去甲基化酶，能夠修飾組蛋白H4K20，從而改變染色體的3D結構和功能。

具體而言，發現DPY-21可以動態調控H4K20的去甲基化過程，實現從H4K20me2到H4K20me1的轉變。在體細胞X染色體中，DPY-21可將H4K20me1富集於染色體上，從而抑制基因的表達，並能調控染色體的高級結構。此外，本研究還證明了在生殖細胞的常染色體中，這一富集過程則可以促進染色體的壓縮。

這些發現將填補生物化學教科書的不少空白，可能引領一個新的研究方向。

Cell

Dynamic Control of X Chromosome Conformation and Repression by a Histone H4K20 Demethylase

Abstract：

Chromatin modification and higher-order chromosome structure play key roles in gene regulation, but their functional interplay in controlling gene expression is elusive. We have discovered the machinery and mechanism underlying the dynamic enrichment of histone modification H4K20me1 on hermaphrodite. X chromosomes duringC. elegansdosage compensation and demonstrate H4K20me1』s pivotal role in regulating higher-order chromosome structure and X-chromosome-wide gene expression. The structure and the activity of the dosage compensation complex(DCC) subunit DPY-21 defines a Jumonji demethylase subfamily that converts H4K20me2 to H4K20me1 in worms and mammals. Selective inactivation of demethylase activity eliminates H4K20me1 enrichment in somatic cells, elevates X-linked gene expression, reduces X chromosome compaction, and disrupts X chromosome conformation by diminishing the formation of topologically associating domains(TADs). Unexpectedly, DPY-21 also associates with

autosomes of germ cells in a DCC-independent manner to enrich H4K20me1 and trigger chromosome compaction. Our findings demonstrate the direct link between chromatin modification and higher-order chromosome structure in long-range regulation of gene expression.

DOI:http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2017.07.041

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