十多年前,Shilatifard实验室就发现Set1/COMPASS蛋白能够对组蛋白H3进行生化修饰,对染色体组蛋白上的lysine 4 (K4)位点进行甲基化。研究显示,Set1/COMPASS能给H3K4添加一个、两个或三个甲基。其中三甲基化H3K4现在已经成为从酵母到人类中转录活跃基因的标志。研究人员还发现,单甲基化的H3K4特异针对增强子,增强子是调控基因组织特异性表达的一种DNA元件。
“继酵母COMPASS之后,我们在人类细胞也发现了同样的机制,”Shilatifard说。“只不过酵母只有一个COMPASS甲基化酶,而人类细胞拥有六个。现在的问题是,为何在人类细胞中有六个COMPASS家庭成员?”此外,研究者们也还不清楚究竟哪个人类COMPASS成员是作用于增强子的单甲基化酶。
Shilatifard于2011年发表的研究指出,果蝇细胞含有三种COMPASS成员。而在此项新研究中,研究人员分别阻断这三个成员的表达并评估H3K4的甲基化水平,由此揭示了果蝇版单甲基化酶。研究显示,只有在果蝇COMPASS相关复合物Trr减少时,整个基因组的H3K4单甲基化水平才会降低。
随后,研究人员与生物信息学家合作在果蝇基因组中定位Trr,发现它的确与增强子区域相关联。研究显示增强子激活需要Trr,而正是Trr的出现使增强子从非活性状态转变为活性状态。
哺乳动物也拥有两个结构上与Trr很相似的类COMPASS复合体,其中就包括MLL3和MLL4。研究人员针对MLL3进行了研究,他们构建了缺乏MLL3的小鼠胚胎细胞,并通过全面组蛋白甲基化分析来观察甲基化模式的改变。研究显示,这种细胞中增强子区域的H3K4单甲基化水平降低。
在多种癌症中MLL3和MLL4都发生了突变,许多淋巴瘤也带有MLL3和MLL4突变。MLL3和MLL4突变在结肠癌、髓母细胞瘤、乳腺肿瘤、白血病等疾病中广泛存在。研究人员认为,这说明增强子的激活与失活在癌症发病机制中具有重要作用。了解相关蛋白的功能及其控制增强子活性的机制,将有助于人们进一步理解为何肿瘤抑制基因在许多癌症中会失活。
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