2012年8月28日 讯 /生物谷BIOON/ --基因表达的第一步就是利用RNA聚合酶II(RNA polymerase II, pol II)将一段DNA精确地拷贝到镜像RNA之中。科学家们认识到pol II并不沿着DNA高速轨道轻柔地滑动来将它转录为RNA，相反它在紧密地缠绕着被称作组蛋白的屏障蛋白(barrier protein)的DNA上遭遇着重重障碍。
在之前的研究中，美国斯托瓦斯医学研究所(Stowers Institute for Medical Research)研究员Jerry Workman博士证实一旦一轮转录完成之后，为了阻止潜在有害的RNA片段表达，在生化上与pol II结合的蛋白Set2如何恢复抑制性的组蛋白环境。
如今，在一项于2012年8月22日在线刊登在《自然》期刊上的研究中，他的研究团队利用Set2发生突变的酵母揭示出细胞利用一个令人吃惊的机制来维持基因表达继续进行下去，不论是在合适环境之下，还是在不合适的环境之下，如像癌细胞中那样。
两类染色质重塑因子(chromatin remodeling factor)相互竞争来激活或抑制基因表达。“激活者”通过利用乙酰基修饰组蛋白从而让组蛋白放松对DNA的控制，这就让组蛋白脱离DNA从而允许pol II通过DNA高速轨道上的重重障碍。另一类发挥相反作用的染色质重塑因子，包括Set2，通过植入它们自己的被称作甲基的生化标记，接着吸引一种酶来移除乙酰基从而恢复染色质到一种不可访问的状态，最终终止基因表达。这种抑制确保错误的转录起始并不在一个基因的隐蔽位点上发生。
在此之前，很多人猜测尽管染色质重塑因子对组蛋白进行乙酰化和去乙酰化，但是组蛋白仍然与一条DNA链保持接触。论文第一作者Swami Venkatesh博士认为某类组蛋白交换在转录期间发生，但是人们并不确认在整个基因上，这种交换是否会发生。
为了研究潜在的组蛋白交换，研究人员对酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)进行改造以便追踪标记的组蛋白进出染色质，这样就可以评估组蛋白的化学修饰。利用这种系统，他们比较了正常酵母和Set2发生突变的酵母中全部6000个基因的全部乙酰化和甲基化谱。
他们首先在正常细胞中，Set2植入的抑制性甲基化标记位于正在表达中的基因片段的两侧，而且正如期待中的那样，在Set2发生突变的酵母中，这种标记是缺失的。在这些酵母突变体中，大部分基因的乙酰化标记相反会增加，这也可以从Set2招募去乙酰化酶的能力丢失来加以解释。
进一步的分析揭示这些乙酰化的组蛋白中的很多蛋白事实上并不嵌入在染色质之中，相反它们是从外面“进口”而来的，或者说它们事先已发生乙酰化。这比较重要，这是因为细胞不用招募一种重构酶来对组蛋白再次乙酰化。这些研究还揭示Set2在控制基因表达中发挥着比期待中更加复杂的作用。Workman解释道，“Set2植入在组蛋白上的甲基标记发挥着两种功能。它不仅招募去乙酰化酶来移除组蛋白上的乙酰标记，而且这些新发现提示着它还阻止事先乙酰化的组蛋白整入到基因之中。”
研究人员利用芯片分析还将这些化学修饰与异常的基因表达相关联在一起：不同于正常的酵母，Set2发生突变的酵母产生众多截断的隐蔽RNA转录本。在注意到这些截断的RNA链之后，Workman同意道，它们可能干扰正常的RNA表达为蛋白。人也有Set2蛋白的对等物，即SETD2，据报道，它们作为肿瘤抑制物而发挥作用，而且在包括乳腺癌和肾癌在内的几种类型的癌症中，它的活性丢失了。鉴于组蛋白交换实际上在很大程度上发生，所以这也有助于人们找到抗癌疗法。(生物谷Bioon.com)
本文编译自Scientists manipulate the Set2 pathway to show how genes are faithfully copied
doi: 10.1038/nature11326
PMC:
PMID:
Set2 methylation of histone H3 lysine36 suppresses histone exchange on transcribed genes
Swaminathan Venkatesh, Michaela Smolle, Hua Li, Madelaine M. Gogol, Malika Saint, Shambhu Kumar, Krishnamurthy Natarajan & Jerry L. Workman
Set2-mediated methylation of histone H3 at Lys36 (H3K36me) is a co-transcriptional event that is necessary for the activation of the Rpd3S histone deacetylase complex, thereby maintaining the coding region of genes in a hypoacetylated state1, 2. In the absence of Set2, H3K36 or Rpd3S acetylated histones accumulate on open reading frames (ORFs), leading to transcription initiation from cryptic promoters within ORFs1, 3. Although the co-transcriptional deacetylation pathway is well characterized, the factors responsible for acetylation are as yet unknown. Here we show that, in yeast, co-transcriptional acetylation is achieved in part by histone exchange over ORFs. In addition to its function of targeting and activating the Rpd3S complex, H3K36 methylation suppresses the interaction of H3 with histone chaperones, histone exchange over coding regions and the incorporation of new acetylated histones. Thus, Set2 functions both to suppress the incorporation of acetylated histones and to signal for the deacetylation of these histones in transcribed genes. By suppressing spurious cryptic transcripts from initiating within ORFs, this pathway is essential to maintain the accuracy of transcription by RNA polymeraseII.
