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1928年，植物學(xué)家Emil Heitz 首次發(fā)現(xiàn)細(xì)胞中存在一種致密的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，并稱之為異染色質(zhì)區(qū)域【1】。后來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，這種異染色質(zhì)主要存在于中心粒，端粒和一些DNA重復(fù)序列的位置。由于其包裹致密，通常難以被活躍的轉(zhuǎn)錄因子接觸而處于轉(zhuǎn)錄抑制的狀態(tài)。因此，也就有助于抑制這些區(qū)域的過(guò)度活躍，保證基因組的穩(wěn)定性。 在酵母中，異染色質(zhì)的建立大都依賴于RNAi（RNA interference）通路介導(dǎo)的組蛋白修飾H3K9me的建立【1】。常染色質(zhì)建立新的H3K9me需要兩個(gè)條件，一是通過(guò)該區(qū)域的nascent RNA作為平臺(tái)招募靶向該位點(diǎn)的trigger siRNA，帶來(lái)（RNAi-induced transcriptional gene silencing）復(fù)合體。二是RITS幫助招募H3K9me的甲基轉(zhuǎn)移酶Clr4來(lái)催化形成H3K9me。但是由于常染色質(zhì)區(qū)域轉(zhuǎn)錄活躍，nascent RNA在轉(zhuǎn)錄出來(lái)后被迅速運(yùn)走，所以在常染色質(zhì)建立新的H3K9me通常需要敲除mRNA運(yùn)輸?shù)鞍讈?lái)提高nascent RNA的原位穩(wěn)定性。同樣，對(duì)于H3K9me在DNA復(fù)制過(guò)程中的維持，之前哈佛醫(yī)學(xué)院Moazed組證明，在沒(méi)有RNAi的情況下，Clr4很難獨(dú)立維持穩(wěn)定的H3K9me【2,3】。 那么，RNAi可以幫助Clr4一起維持H3K9me的穩(wěn)定遺傳嗎？如果可以, RNAi在H3K9me的維持中的機(jī)制是否和建立時(shí)一樣？RITS是否仍然需要依賴持續(xù)穩(wěn)定的nascent RNA還是可以通過(guò)和舊的H3K9me相互作用來(lái)維持H3K9me的遺傳呢？2018年6月20日，Moazed組的博士研究生Ruby Yu和Xiaoyi Wang在Nature雜志上的文章詳細(xì)地回答了這些問(wèn)題【4】。 為了回答這些問(wèn)題，研究人員巧妙地在酵母中同時(shí)構(gòu)建了H3K9me從頭建立和H3K9me維持這兩個(gè)模型，來(lái)比較RITS行使功能所需要的組分。 在酵母chr1的中心粒異染色質(zhì)區(qū)域轉(zhuǎn)入的ade6基因，會(huì)被中心粒已有的H3K9me沉默并產(chǎn)生siRNA，介導(dǎo)內(nèi)源chr3的ade6基因H3K9me的從頭建立。而chr3上建立后的H3K9me可以繼續(xù)遺傳至后代。 通過(guò)這個(gè)模型，研究人員首先證明破壞mRNA的運(yùn)輸（可能有助于更多nascent RNA保留在chr3的ade6上招募RITS復(fù)合體）和chr1上產(chǎn)生的trigger siRNA對(duì)于在chr3上從頭建立H3K9me是必需的。但是一旦chr3上的H3K9me建立以后，會(huì)在附近產(chǎn)生大范圍的次級(jí)siRNA，并不再依賴于原有的chr1上的siRNA和破壞mRNA運(yùn)輸來(lái)保證H3K9me信號(hào)的遺傳。 sRNA-seq檢測(cè)到在chr3的ade6基因附近產(chǎn)生的大量次級(jí)siRNA信號(hào) 由于體內(nèi)一直存在的H3K9me的擦除機(jī)制，所以利用次級(jí)siRNA的大量產(chǎn)生和招募RITS結(jié)合舊的H3k9me來(lái)幫助招募Clr4能夠以更高的效率來(lái)維持異染色質(zhì)上H3K9me的動(dòng)態(tài)平衡。 左圖：在有RNAi的情況下，RITS被nascent RNA招募后結(jié)合舊的H3K9me并幫助招募Clr4建立新的H3K9me；右圖：在沒(méi)有RNAi的H3K9me位點(diǎn)，擦除快于建立，H3K9me不能維持 這一研究發(fā)現(xiàn)，H3K9me的維持的條件不同于H3K9me的建立。在從頭建立H3K9me的過(guò)程中，由于mRNA或者常染色體轉(zhuǎn)錄本不能有效地被RITS 結(jié)合, 需要破壞mRNA的運(yùn)輸來(lái)使nascent RNA更好地被RITS結(jié)合，來(lái)幫助建立H3K9me。但是一旦H3K9me建立以后，在DNA復(fù)制過(guò)程中，由于染色質(zhì)上有一半舊的帶有H3K9me的組蛋白，RITS可以結(jié)合到這些H3K9me上增加其穩(wěn)定性，同時(shí)產(chǎn)生大量次級(jí)siRNA。因此，即使拿掉了trigger siRNA和最開(kāi)始的mRNA運(yùn)輸?shù)鞍淄蛔? H3K9me還是可以穩(wěn)定的維持下去。同樣，Clr4也是通過(guò)“讀-寫(xiě)”機(jī)制來(lái)維持H3K9me，Clr4可以結(jié)合（讀）舊的帶有H3K9me的組蛋白上的修飾，合成（寫(xiě)）新的組蛋白上的修飾。所以，從分子機(jī)制角度講，這是兩個(gè)經(jīng)典的正反饋調(diào)節(jié)機(jī)制介導(dǎo)的表觀遺傳模型。一個(gè)是RITS結(jié)合H3K9me后產(chǎn)生更多siRNA來(lái)招募RITS。另外一個(gè)是Clr4催化生成的H3k9me也能結(jié)合更多的Clr4。 Danesh Moazed 實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)在主要致力于用裂殖酵母和哺乳動(dòng)物細(xì)胞研究組蛋白修飾，非編碼RNA 和DNA序列如何調(diào)控表觀修飾遺傳的原理。過(guò)去的二十年里，Danesh Moazed對(duì)于異染色質(zhì)的建立和維持做出了里程碑式的貢獻(xiàn)，包括RITS 復(fù)合體的純化，發(fā)現(xiàn)了RNAi介導(dǎo)的異染色質(zhì)形成的原理，以及首次證明了組蛋白修飾本身可以作為可遺傳的表觀遺傳信息的載體。 參考文獻(xiàn) 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 本文轉(zhuǎn)載自：
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