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Cell Res:中科院生化细胞所赵允研究组和计算生物学所魏刚研究组合作揭示Polycomb复合物促进转录新功能

摘要 : 2016年3月22日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Cell Research》在线发表了中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所赵允研究组以及中国科学院-马普学会计算生物学伙伴研究所魏刚研究组合作的最新研究成果。

 2016年3月22日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Cell Research》在线发表了中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所赵允研究组以及中国科学院-马普学会计算生物学伙伴研究所魏刚研究组合作的最新研究成果:“A positive role for polycomb in transcriptional regulation via H4K20me1”。研究揭示了Polycomb这一经典转录抑制因子在促进特定靶基因转录过程中的新功能。研究工作得到生化与细胞所李林研究员、张雷研究员、周兆才研究员以及武汉大学吴旻研究员的大力协助,博士研究生吕向东和韩志军为论文共同第一作者,赵允研究员以及魏刚研究员为论文共同通讯作者。

进化上高度保守的Polycomb Repressive Complex/Polycomb Group (PRC/PcG)蛋白对动物体的正常发育至关重要。已有的研究表明该复合物可以参与抑制相关靶基因的转录,并且具体分子机制也有了深入研究。此外,相关研究也同时表明该复合物在肿瘤发生过程中也可以正向调控一些靶基因的转录。但是在正常发育过程中,Polycomb(Pc)是否可以直接参与促进基因转录?更为关键的是,Pc如何选择性、特异性地针对不同靶基因进行差异性调控(抑制或者激活)?以上重要科学问题仍有待回答。

研究人员采用ChIP-seq和RNA-seq等实验技术方法,结合模式生物果蝇的遗传学优势,通过研究发现逐级招募的PcG蛋白通过调控一系列发育关键因子上的H4K20me1修饰(由甲基转移酶PR-Set7催化)而直接正向调控这一类基因的转录。生物信息学分析也发现PcG蛋白正向调控Pc+H3K27me3+H4K20me1+ 基因的转录,而抑制Pc+H3K27me3+H4K20me1- 基因的转录。更为重要的是,通过实验证明转录因子Broad (Br)特异性结合Pc+H3K27me3+H4K20me1+ 基因而并非Pc+H3K27me3+H4K20me1-基因。该研究阐明了在机体正常发育过程中,Pc通过与PR-Set7以及Br相互结合形成大的复合物从而特异性地正向调控具有Pc+H3K27me3+H4K20me1+ 特征的一类基因转录的新功能和新机制。

图:Polycomb选择性的正向调控Pc+H3K27me3+H4K20me1+ 基因转录

原文链接:

A positive role for polycomb in transcriptional regulation via H4K20me1

原文摘要:

The highly conserved polycomb group (PcG) proteins maintain heritable transcription repression of the genes essential for development from fly to mammals. However, sporadic reports imply a potential role of PcGs in positive regulation of gene transcription, although systematic investigation of such function and the underlying mechanism has rarely been reported. Here, we report a Pc-mediated, H3K27me3-dependent positive transcriptional regulation of Senseless (Sens), a key transcription factor required for development. Mechanistic studies show that Pc regulates Sensexpression by targeting H4K20me1 at the Sens locus. Further bioinformatic analysis at genome-wide level indicates that the existence of H4K20me1 acts as a selective mark for positive transcriptional regulation by Pc/H3K27me3. Both the intensities and specific patterns of Pc and H3K27me3 are important for the fates of target gene transcription. Moreover, binding of transcription factor Broad (Br), which physically interacts with Pc and positively regulates the transcription of Sens, is observed in Pc+H3K27me3+H4K20me1+ genes, but not in Pc+H3K27me3+H4K20me1− genes. Taken together, our study reveals that, coupling the transcription factor Br, Pc positively regulates transcription of Pc+H3K27me3+H4K20me1+ genes in developingDrosophila wing disc.

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