Nature子刊：首次报道H3K36me2甲基转移酶Ash1的关键调节因子

2017年11月21日，中科院生物物理研究所朱冰课题组与北京生命科学研究所袭荣文课题组合作在Nature Communications杂志上发表题为“Mrg15 stimulates Ash1 H3K36 methyltransferase activity and facilitates Ash1 Trithorax group protein function in Drosophila”的研究论文。该工作首次报道组蛋白H3K36me2甲基转移酶Ash1与Mrg15和Nurf55形成蛋白复合体，并阐明了Mrg15在调节Ash1酶活以及在促进Ash1作为Trithorax因子拮抗polycomb沉默效应中的重要作用。

HOX基因是决定果蝇前后轴以及体节发育的关键转录因子，其表达模式是在胚胎早期由瞬时表达的上游转录因子所建立，并可以被一直维持到成体阶段。polycomb和Trithorax家族（pcG and TrxG）蛋白通过对染色质组蛋白进行共价修饰以及介导染色质重塑等活动创造出致密或者松散的染色质环境，从而维持HOX基因的转录抑制或者激活状态，在果蝇个体发育中发挥重要作用。

Ash1 (Absent, small, or homeotic-1) 是Trx家族蛋白的一员，并具有催化组蛋白甲基化的SET结构域。朱冰组在2011年发表在JBC上的论文中通过体外酶活实验证明Ash1特异性催化H3K36me2，并且发现H3K36甲基化可以抑制polycomb Repressive Complex 2 (pRC2) 介导的基因沉默相关的H3K27甲基化，从而为领域内熟知但未解的Trx拮抗pcG的现象在分子机理上提供了一个合理的解释（该论文入选JBC杂志2011年度最佳论文，已被引用逾200次）。很多pcG和TrxG蛋白都以复合体状态发挥功能，但是Ash1的酶活是如何受调控的仍知之甚少。

在这项研究中，研究人员首先发现在果蝇体内Ash1与Mrg15和Nurf55形成蛋白复合体，并且哺乳动物Ash1也存在于高度保守的复合体中；体外生化实验表明Mrg15蛋白可以显著激活Ash1的甲基转移酶活性；进一步在果蝇S2细胞中进行基因敲低（knock-down）和ChIp-seq实验发现，Ash1募集Mrg15到共同的靶基因位点，并且Mrg15对于Ash1介导的H3K36me2的完全建立是必需的；果蝇细胞转录组分析表明Mrg15对Ash1靶基因的转录水平有一定贡献；为了更好的理解Mrg15在Ash1复合体中的生理功能，研究人员确定了Ash1上与Mrg15相互作用的关键氨基酸位点（R1288），并通过Cas9/CRISpR技术制备了Ash1-R1288A突变的基因敲进(knock-in)果蝇。该突变体果蝇表现出包括平衡棒向翅膀部分转化以及第三对足向第二对足部分转化等一系列同源异形转化的表型，同时通过表达Mrg15-Nurf55稳定Ash1-R1288A与Mrg15的互作后部分表型得到恢复，这表明Mrg15对Ash1的调节作用是Ash1作为TrxG蛋白拮抗pcG蛋白所必需的。

该研究首次发现Ash1在体内形成高度保守的蛋白复合体，并揭示了Mrg15对Ash1的酶活调节机制及其生理功能，对于理解pcG和TrxG蛋白的作用机制以及探索组蛋白甲基化酶的活性调节机制都具有重要意义。

中科院生物物理所朱冰研究员和北京生命科学研究所袭荣文研究员为本文的共同通讯作者，朱冰组黄畅副研究员、袭荣文组杨斧博士和朱冰组张珠强副研究员为本文共同第一作者。该研究得到国家自然科学基金、科技部973项目和国家重点研发计划、中科院先导计划以及中科院青年创新促进会资助。

原文标题：

Mrg15 stimulates Ash1 H3K36 methyltransferase activity and facilitates Ash1 Trithorax group protein function in Drosophila