斯托瓦斯醫(yī)學(xué)研究所的科學(xué)家們通過操縱Set2信號通路揭示了基因忠實拷貝的機(jī)制。

基因表達(dá)的第一步是通過一種稱作RNA聚合酶-II（Pol II）的酶將DNA片段精確復(fù)制為鏡像RNA。科學(xué)家們認(rèn)為pol II并不是沿著DNA高速公路向下平穩(wěn)滑過來轉(zhuǎn)錄RNA的，而是遭遇到了DNA緊緊纏繞組蛋白的這樣一個障礙過程。因此必須將這些蛋白推至一旁， pol II才能滾動通過。

斯托瓦斯醫(yī)學(xué)研究所研究員Jerry Workman博士領(lǐng)導(dǎo)的實驗室在以往的研究中揭示了一輪轉(zhuǎn)錄一旦完成，與pol II相關(guān)的一種稱作Set2的蛋白如何在生物化學(xué)上修復(fù)組蛋白抑制情勢以防止?jié)撛谟泻?/SPAN>RNA片段表達(dá)的機(jī)制。

在發(fā)表于8月22日《自然》（Nature）雜志在線版上的一項研究中，Workman研究小組利用酵母Set2突變體揭示了在適當(dāng)以及如癌細(xì)胞的不適當(dāng)情況下，維持基因表達(dá)繼續(xù)的驚人機(jī)制。

Workman 說：“實驗室的目標(biāo)是要了解轉(zhuǎn)錄的運(yùn)作機(jī)制。我們知道RNA鏈的合成必須從基因的起點開始最終編碼出全長的蛋白質(zhì)，阻止RNA合成在基因中隱含的位點開始是非常重要的。在這項研究中，我們在分子水平上探討了其有可能是如何發(fā)生的。”

兩類染色質(zhì)重塑因子競爭激活或抑制基因表達(dá)。“激活子”通過用乙酰基團(tuán)修飾組蛋白，將其撬離DNA使得pol II得以通過。抑制組包括Set2在內(nèi)，通過插入它們自己的生物化學(xué)標(biāo)志來終止基因表達(dá)，這一標(biāo)志就是甲基基團(tuán)，隨后吸引一種酶除去乙酰基團(tuán)，修復(fù)染色質(zhì)至難以接近的狀態(tài)。這種抑制確保了轉(zhuǎn)錄的錯誤起始不會發(fā)生在基因所謂的“隱含”位點。

以往，很多人以為當(dāng)通過染色質(zhì)重塑子修飾或除去組蛋白乙酰基時，組蛋白仍然與DNA保持接觸。“這是一種可能的情況，但我們根本不知道隨著RNA鏈的延伸染色質(zhì)上的組蛋白到底發(fā)生了什么。我們認(rèn)為在轉(zhuǎn)錄過程中發(fā)生了某種組蛋白交換，但卻并不知道它是否在整個基因發(fā)生。”

為了調(diào)查潛在的組蛋白重組，研究小組通過遺傳操作釀酒酵母追蹤是否有標(biāo)記組蛋白移入及移出染色質(zhì)的方式評估了組蛋白的化學(xué)修飾。利用這一系統(tǒng)他們比較了Set2突變體和正常酵母中所有6000種基因中全面的組蛋白乙酰化和甲基化。

他們首先觀察到在正常細(xì)胞中Set2插入的抑制性甲基化標(biāo)記遍及了正表達(dá)基因的軌道，如預(yù)期的在Set2突變體中標(biāo)記消失。在這些突變體中大部分的基因顯示乙酰化標(biāo)記相應(yīng)增加，這可以通過Set2招募乙酰基剪除機(jī)能力喪失來解釋。

進(jìn)一步的分析表明這其中許多的乙酰化蛋白實際上并非是殘留嵌入在染色質(zhì)中的，而是從外部的堆積物中“引入”的，或如Venkatesh所說“預(yù)乙酰化”。“這是非常重要的因為它意味著你不要要將重塑酶帶到再乙酰化組蛋白處，“他說。

這些研究還表明Set2在調(diào)控基因表達(dá)中比預(yù)想的發(fā)揮了更為復(fù)雜的作用。Workman 解釋說：“通過Set2放置在組蛋白上的甲基標(biāo)記具有兩個功能。它不僅招募了脫乙酰酶去除組蛋白的乙酰基標(biāo)記，這些新發(fā)現(xiàn)表明它還阻止了預(yù)乙酰化組蛋白結(jié)合到基因上。

研究小組還利用微陣列分析將這些化學(xué)修飾與異常基因表達(dá)聯(lián)系起來，顯示不同于正常酵母，Set2突變體生成了各種截短的“隱含”RNA轉(zhuǎn)錄物。

Venkatesh說：“當(dāng)基因表達(dá)時，你不會想分流系統(tǒng)生成不用利用的RNAs。當(dāng)細(xì)胞處于熱壓力或環(huán)境壓力下時，它們通過生成短RNA彪馬發(fā)生壓力信號的蛋白來做出反應(yīng)。細(xì)胞在正常情況下需要Set2來維持這些隱含的轉(zhuǎn)錄起始位點的寧靜。”

Workman同意并指出RNA的截短鏈有可能干擾了正常RNAs翻譯為蛋白質(zhì)。“生成它們表明了包含這些基因的區(qū)域中染色體的不穩(wěn)定性，這種情況可能會導(dǎo)致人類的癌癥。Set2蛋白的人類相似物SETD2，據(jù)報道功能為腫瘤抑制子，在包括乳腺癌和腎細(xì)胞癌在內(nèi)的幾種類型的癌癥中它的活性均喪失，”他說。

認(rèn)識到組蛋白交換實際上以大比例發(fā)生與規(guī)劃中的癌癥治療也有相關(guān)性。“乙酰化和脫乙酰化組蛋白的蛋白質(zhì)作為抗癌藥物的靶點正在研究之中。因此了解將乙酰化組蛋白帶到基因處的機(jī)制非常重要。像我們這樣的機(jī)制研究提供了這類的認(rèn)識，”Venkatesh說。