深圳子科生物報道：2017年11月21日，中科院生物物理研究所朱冰課題組與北京生命科學研究所襲榮文課題組合作在Nature Communications雜志上發(fā)表題為“Mrg15 stimulates Ash1 H3K36 methyltransferase activity and facilitates Ash1 Trithorax group protein function in Drosophila”的研究論文。該工作報道組蛋白H3K36me2甲基轉移酶Ash1與Mrg15和Nurf55形成蛋白復合體，并闡明了Mrg15在調節(jié)Ash1酶活以及在促進Ash1作為Trithorax因子拮抗Polycomb沉默效應中的重要作用。

HOX基因是決定果蠅前后軸以及體節(jié)發(fā)育的關鍵轉錄因子，其表達模式是在胚胎早期由瞬時表達的上游轉錄因子所建立，并可以被一直維持到成體階段。Polycomb和Trithorax家族（PcG and TrxG）蛋白通過對染色質組蛋白進行共價修飾以及介導染色質重塑等活動創(chuàng)造出致密或者松散的染色質環(huán)境，從而維持HOX基因的轉錄抑制或者激活狀態(tài)，在果蠅個體發(fā)育中發(fā)揮重要作用。

Ash1 (Absent, small, or homeotic-1) 是Trx家族蛋白的一員，并具有催化組蛋白甲基化的SET結構域。朱冰組在2011年發(fā)表在JBC上的論文中通過體外酶活實驗證明Ash1特異性催化H3K36me2，并且發(fā)現H3K36甲基化可以抑制Polycomb Repressive Complex 2 (PRC2) 介導的基因沉默相關的H3K27甲基化，從而為領域內熟知但未解的Trx拮抗PcG的現象在分子機理上提供了一個合理的解釋（該論文入選JBC雜志2011年度zui論文，已被引用逾200次）。很多PcG和TrxG蛋白都以復合體狀態(tài)發(fā)揮功能，但是Ash1的酶活是如何受調控的仍知之甚少。

在這項研究中，研究人員首先發(fā)現在果蠅體內Ash1與Mrg15和Nurf55形成蛋白復合體，并且哺乳動物Ash1也存在于高度保守的復合體中；體外生化實驗表明Mrg15蛋白可以顯著激活Ash1的甲基轉移酶活性；進一步在果蠅S2細胞中進行基因敲低（knock-down）和ChIP-seq實驗發(fā)現，Ash1募集Mrg15到共同的靶基因位點，并且Mrg15對于Ash1介導的H3K36me2的*建立是必需的；果蠅細胞轉錄組分析表明Mrg15對Ash1靶基因的轉錄水平有一定貢獻；為了更好的理解Mrg15在Ash1復合體中的生理功能，研究人員確定了Ash1上與Mrg15相互作用的關鍵氨基酸位點（R1288），并通過Cas9/CRISPR技術制備了Ash1-R1288A突變的基因敲進(knock-in)果蠅。該突變體果蠅表現出包括平衡棒向翅膀部分轉化以及第三對足向第二對足部分轉化等一系列同源異形轉化的表型，同時通過表達Mrg15-Nurf55穩(wěn)定Ash1-R1288A與Mrg15的互作后部分表型得到恢復，這表明Mrg15對Ash1的調節(jié)作用是Ash1作為TrxG蛋白拮抗PcG蛋白所必需的。

該研究發(fā)現Ash1在體內形成高度保守的蛋白復合體，并揭示了Mrg15對Ash1的酶活調節(jié)機制及其生理功能，對于理解PcG和TrxG蛋白的作用機制以及探索組蛋白甲基化酶的活性調節(jié)機制都具有重要意義。

中科院生物物理所朱冰研究員和北京生命科學研究所襲榮文研究員為本文的共同通訊作者，朱冰組黃暢副研究員、襲榮文組楊斧博士和朱冰組張珠強副研究員為本文共同*作者。該研究得到國家自然科學基金、科技部973項目和國家重點研發(fā)計劃、中科院先導計劃以及中科院青年創(chuàng)新促進會資助。

原文標題：

Mrg15 stimulates Ash1 H3K36 methyltransferase activity and facilitates Ash1 Trithorax group protein function in Drosophila