上海生科院解析真核生物基因表達調控的新機制

　　2月29日，Nature Plants 雜志在線發表了中國科學院上海生命科學研究院植物逆境生物學研究中心何躍輝課題組（植物環境表觀遺傳學實驗室）題為Coupling of histone methylation and RNA processing by the nuclear mRNA Cap-Binding Complex 的研究論文。該研究揭示了染色質修飾與mRNA轉錄起始及加工的相互依存關系，兩者協同作用，以提高成熟mRNA及基因表達的水平。

　　生物體內編碼基因要正確執行其功能，需要經歷DNA的復制、轉錄和翻譯過程，即基因表達過程。真核生物基因表達的轉錄前水平調節是基因表達調控過程中最重要的環節，mRNA前體的轉錄起始在表觀遺傳學水平上受到多種轉錄因子以及染色質修飾與重塑的調控。其中組蛋白H3K4me3和H3K36me3兩種修飾對轉錄起始和延伸起到促進作用，且控制其修飾的蛋白復合體在真核生物中是高度保守的，在模式植物擬南芥中分別為COMPASS蛋白復合體和EFS酶。被轉錄的mRNA前體隨后在其5’端發生加帽修飾，這一過程除抑制mRNA降解之外，還有助于mRNA共轉錄加工及翻譯。新合成的5’帽子結構被CBC蛋白復合體（由CBP20和CBP80構成）所識別與保護，同時CBC還有助于mRNA加工過程的進行。到目前為止，CBC對轉錄的調控仍不清楚。染色質修飾與mRNA間是否有互作關系，鮮有報道。

　　在該研究中，研究人員利用模式植物擬南芥為研究對象發現CBC蛋白復合體與COMPASS蛋白復合體以及EFS之間存在直接的相互作用，形成超級蛋白復合體。在復合體中CBC與這些促進轉錄的染色質修飾因子相互依存，協同調控基因的轉錄以及共轉錄加工過程，從而高效調控mRNA的水平。

　　在對擬南芥開花主效基因FLC表達調控的研究中，研究人員發現，其mRNA的水平受到轉錄和共轉錄加工兩個過程的協同調控。其表達受到COMPASS蛋白復合體與EFS酶分別催化的H3K4me3和H3K36me3的修飾正調控，同時也需要CBC復合體。CBC-COMPASS 及 CBC-EFS協同提高 FLC mRNA 水平，從而控制植物的開花時間，使其在合適的環境條件下開花結果。同時利用ChIP-seq 在基因組水平的分析表明除FLC外，有超過300個基因也有可能受到CBC-COMPASS 及 CBC-EFS協同調控。

　　在真核細胞生物中，H3K4me3和H3K36me3修飾對基因表達轉錄的促進作用是廣泛存在的，而COMPASS蛋白復合體、CBC蛋白復合體和EFS也相應地高度保守，因此該研究的發現可能同樣適用于其他真核生物。該研究揭示了染色質修飾因子與RNA加工相關蛋白互作以協同調控基因表達的機制，不僅拓寬了對染色質修飾與RNA加工因子功能的認知，也為真核生物基因表達調控領域研究提供了新的視角和研究思路。

　　該研究項目得到中科院經費支持。