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临机设变,Dev Cell | 高冠军/戴俊彪组新的组蛋白诱变系统揭示组蛋白修饰在果蝇发育中的功能

发布时间: 2019-08-05
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组蛋白是染色质基本结构核小体的重要组成部分,组蛋白上发生的多种诸如甲基化、乙酰化、磷酸化、巴豆酰化、琥珀酰化等修饰在肿瘤发生、个体发育、衰老等多种生理病理过程中都发挥着关键调控作用,是表观遗传学研究的核心热点。目前已报到的组蛋白修饰位点以及种类已经超过了400种。对组蛋白修饰的深入研究也越来越多的揭示组蛋白修饰在多种调控场景中的重要作用。2019年3月,Nature报道了来自美国西奈山医学院研究者关于组蛋白新型修饰5-羟色胺化,揭示了神经递质5-羟色胺能够进入细胞核使组蛋白发生5-羟色胺化,进而调控基因表达。


 

同月,Nature杂志报道了洛克菲勒大学David Allis教授团队联合普林斯顿大学Tom W. Muir教授团队在致癌组蛋白(oncohistone)方面的工作,揭示了完整的人类致癌组蛋白突变谱。证明了组蛋白序列点突变与肿瘤发生的关联。


临机设变,Dev Cell | 高冠军/戴俊彪组新的组蛋白诱变系统揭示组蛋白修饰在果蝇发育中的功能 

对于组蛋白修饰的研究,在过去的20多年中,研究者应用LC-MS/MS生物质谱等不同的方法发现了组蛋白上超过20余种的修饰类型的存在;这些修饰不仅存在于组蛋白的游离N端,同时也有在组蛋白核心内部区域的位点被报道有修饰的发生,这些修饰通过直接或间接的方式影响染色质结构并招募特定的染色质结合蛋白实现基因表达调控。


日前,来自上海科技大学的高冠军课题组与清华大学戴俊彪课题组共同在国际知名期刊Developmental Cell上报道了利用CRISPR/Cas9技术人工建立的组蛋白H3/H4关键修饰位点突变库,并解析多种不同的组蛋白修饰位点突变对果蝇发育的影响。


临机设变,Dev Cell | 高冠军/戴俊彪组新的组蛋白诱变系统揭示组蛋白修饰在果蝇发育中的功能 

研究者通过CRISPR/Cas9技术对果蝇组蛋白编码基因进行敲除,随后分别将不同的H3和H4上已报到的被修饰的位点进行无义突变(突变为丙氨酸A),构建并培养出含有不同组蛋白突变的果蝇品系。

 临机设变,Dev Cell | 高冠军/戴俊彪组新的组蛋白诱变系统揭示组蛋白修饰在果蝇发育中的功能

系统性构建果蝇组蛋白H3或H4点突变品系


随后研究者对这些组蛋白突变的果蝇品系进行表型分析,发现进一半组蛋白突变个体不能发育为成熟个体,在不同时期存在致死的现象。


临机设变,Dev Cell | 高冠军/戴俊彪组新的组蛋白诱变系统揭示组蛋白修饰在果蝇发育中的功能

组蛋白突变的果蝇品系表型分析


研究者关注到胚胎致死的组蛋白修饰突变品系,构建突变嵌合体,在维持胚胎存活的情况下研究造成胚胎致死的组蛋白修饰突变,研究者应用景杰生物高质量组蛋白修饰抗体,发现H3K27A位点突变后影响Hox基因表达,其发挥关键作用的修饰是H3K27me3(三甲基化)。此外,研究者进一步证明了组蛋白序列上临近位点H3R26对H3K27甲基化发生的促进作用.

临机设变,Dev Cell | 高冠军/戴俊彪组新的组蛋白诱变系统揭示组蛋白修饰在果蝇发育中的功能 

组蛋白H3K27三甲基化修饰在果蝇发育中的作用


本工作中,研究者开创新的推出了一种新的组蛋白诱变系统,高通量的构建出多种组蛋白位点突变,且既可以引入单一组蛋白突变,也可以引入多个组蛋白突变,为广大关注表观遗传学组蛋白修饰的团队提供了一种分析组蛋白功能的新思路与新方法。


参考文献:

1. Farrelly LA, et al., 2019, Histone serotonylation is a permissive modification that enhances TFIID binding to H3K4me3. Nature.

2. Nacev BA, et al., 2019, The expanding landscape of 'oncohistone' mutations in human cancers. Nature.

3. Zhang W, et al., 2019, Probing the Function of Metazoan Histones with a Systematic Library of H3 and H4 Mutants. Dev Cell.



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