Plus快讯 | Cell：Barbara Meyer组发现X染色体3D结构的表观调控机理

23Plus · 公众号 · 生物 · 2017-09-01 07:31

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编者按

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北京时间9月1日凌晨，国际学术期刊Cell在线发表了加州大学伯克利分校Barbara Meyer课题组题为《H4K20去甲基化酶对X染色体的动态调控》的研究论文，揭示了组蛋白去甲基化酶可通过调控H4K20me1的动态变化来影响X染色体的3D结构及功能。

在真核生物细胞中，基因遗传很重要的载体是DNA，但在大多数细胞中，DNA的存在常态往往是染色体，是DNA经过三级压缩后包装而成的高级结构，即所谓的染色体3D结构。在这个压缩过程中，有着多步生物化学反应，如甲基化、乙酰化、组蛋白修饰等等，并涉及到多种生物酶的参与。但这个过程具体到底是怎么发生的，还存在不少未解之谜。此外，过去已有研究证明，染色体高级结构的形成及其表观修饰对于基因调控有着重要作用。

本论文的主要研究对象是遗传学经典模式生物——秀丽线虫，研究的主要领域是剂量补偿效应，研究的重要成果在于发现了一种染色体3D结构和功能的动态调控机制。该研究首次发现了DPY-21是一种去甲基化酶，能够修饰组蛋白H4K20，从而改变染色体的3D结构和功能。

具体而言，发现DPY-21可以动态调控H4K20的去甲基化过程，实现从H4K20me2到H4K20me1的转变。在体细胞X染色体中，DPY-21可将H4K20me1富集于染色体上，从而抑制基因的表达，并能调控染色体的高级结构。此外，本研究还证明了在生殖细胞的常染色体中，这一富集过程则可以促进染色体的压缩。

这些发现将填补生物化学教科书的不少空白，可能引领一个新的研究方向。

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 during C. elegans dosage 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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