生物谷报道：来自丹麦哥本哈根大学的研究人员确定出一个对胚胎发育至关重要的新基因家族——UTX-JMJD3。这个家族控制对干细胞维持和分化很关键的基因的表达。这项新发现可能有助于促进人们对癌症形成的了解。
这项研究的结果发表在最新一期的《自然》杂志上，这篇文章是该研究组继去年发表在《自然》和Cell杂志的两篇文章的后续。
胚胎干细胞如何产生由不同类型细胞构成的生物体？而且每种细胞都可制造不同的蛋白质。神经细胞禅师神经细胞功能所需的蛋白质；肌肉细胞产生肌肉功能所需的蛋白质等等。所有这些特化的细胞都起源于同一个类型的细胞——胚胎干细胞。在高度控制的分化过程中，干细胞被诱导变成特化细胞。
基因家族帮助调节干细胞分化。丹麦的这些研究人员确定出了一种新的基因家族，这个家族能够修饰对分化调节过程很关键的基因表达。研究人员通过使用人类和小鼠干细胞进行研究，从而获得了这些结果。此外，他们还研究了线虫的发育。
基因家族是指由一个祖先基因经重复和变异（见第25章）所产生的一组同源基因，称基因家族。不同的基因家族其成员的多少（表10-6）结构和功能的相似性都不相同，分散的基因家族其成员员不在同一基因簇内，至少不在同一染色体上，串联基因家族的成员都集中串联在一起。有的基因家族成员具有和原有基因相同的结构和功能，如小鼠珠蛋基因家族有5个基因，一个是胚胎型的（α-emx），另两个是成体型的（α-ad1 和α-ad2），它们都在第11号染色体上，这三个基因都可以编码，α-ad1 和α-ad2所编码的蛋白质仅在第68位上的氨基酸不同。
2005年，美国天普大学（Temple University）斯巴洛癌症及分子医学研究所的研究人员发现的一个叫做新颖结构蛋白（NSP）的新基因家族可能成为一种预测病人肿瘤生长风险的标记。这项研究的相关文章刊登在Oncogene杂志上。
研究人员成功克隆出了几种相互联系但又各不相同的cDNA，这些cDNA编码新颖结构蛋白。克隆分析表明这些基因很独特并且它们的主要结构部分编码人类染色体的一个区域，这个区域对染色体结构的维持非常重要。因此，研究人员推测这种基因可能对控制细胞的骨架非常重要。
研究人员最初的分析表明这个基因家族通常位于细胞核中并且表现出肿瘤促进基因的特征。这个基因的一种形式（NSP5a3a）在一些肿瘤细胞株中的表达水平很高，因此它或许能充当一种肿瘤标记。
知道了这个基因家族的遗传情形以及NSP变异影响遗传状况的机制就可能使这个家族成为肿瘤恶化的一个强有力的指示器。人们也可以通过分析这种基因来预测肿瘤生长的可能性。
原始出处:
Nature advance online publication 22 August 2007 | doi:10.1038/nature06145; Received 2 July 2007; Accepted 3 August 2007; Published online 22 August 2007
UTX and JMJD3 are histone H3K27 demethylases involved in HOX gene regulation and development
Karl Agger1,2,5, Paul A. C. Cloos1,2,5, Jesper Christensen1,2,5, Diego Pasini1,2, Simon Rose1, Juri Rappsilber3, Irina Issaeva4, Eli Canaani4, Anna Elisabetta Salcini1 & Kristian Helin1,2
Biotech Research and Innovation Centre (BRIC), and,
Centre for Epigenetics, University of Copenhagen, Ole Maaløes Vej 5, 2200 Copenhagen, Denmark
Wellcome Trust Centre for Cell Biology, University of Edinburgh, Edinburgh EH9 3JR, UK
Department of Molecular Cell Biology, Weizmann Institute of Science, Rehovot 76100, Israel
These authors contributed equally to this work.
Correspondence to: Kristian Helin1,2 Correspondence and requests for materials should be addressed to K.H. (Email: kristian.helin@bric.dk).
The trithorax and the polycomb group proteins are chromatin modifiers, which play a key role in the epigenetic regulation of development, differentiation and maintenance of cell fates1, 2, 3. The polycomb repressive complex 2 (PRC2) mediates transcriptional repression by catalysing the di- and tri-methylation of Lys 27 on histone H3 (H3K27me2/me3)3. Owing to the essential role of the PRC2 complex in repressing a large number of genes involved in somatic processes, the H3K27me3 mark is associated with the unique epigenetic state of stem cells4, 5, 6, 7. The rapid decrease of the H3K27me3 mark during specific stages of embryogenesis and stem-cell differentiation indicates that histone demethylases specific for H3K27me3 may exist. Here we show that the human JmjC-domain-containing proteins UTX and JMJD3 demethylate tri-methylated Lys 27 on histone H3. Furthermore, we demonstrate that ectopic expression of JMJD3 leads to a strong decrease of H3K27me3 levels and causes delocalization of polycomb proteins in vivo. Consistent with the strong decrease in H3K27me3 levels associated with HOX genes during differentiation, we show that UTX directly binds to the HOXB1 locus and is required for its activation. Finally mutation of F18E9.5, a Caenorhabditis elegans JMJD3 orthologue, or inhibition of its expression, results in abnormal gonad development. Taken together, these results suggest that H3K27me3 demethylation regulated by UTX/JMJD3 proteins is essential for proper development. Moreover, the recent demonstration that UTX associates with the H3K4me3 histone methyltransferase MLL2 (ref. 8) supports a model in which the coordinated removal of repressive marks, polycomb group displacement, and deposition of activating marks are important for the stringent regulation of transcription during cellular differentiation.
