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多梳家族( Polycomb Group, PcG )蛋白 通过沉积 H2AK119ub1 和 H3K27me3 两种抑制性组蛋白修饰,沉默发育相关基因,精准维持细胞命运。领域内长期认为, BAP1 和 UTX 作为特异性擦除酶 ( eraser ) ,依靠催化活性移除上述修饰,以解除基因抑制、启动转录程序。
近日, 天津医科大学吴旭东课题组 在JournalBiologicalChemistry发表的 最新研究打破了这一固有认知 ,文章题为:BAP1 and UTX are dispensable for transcription-drivenPolycomberasure but essential for enhancer establishment。借助生长素诱导的AID快速蛋白降解系统,他们发现转录本身即可驱动PcG修饰解离(无需 BAP1/UTX 酶活),而二者的真实功能是在细胞命运转换中构建增强子。
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研究首先利用 维甲酸 ( RA )诱导小鼠胚胎干细胞分化,动态追踪 PcG 靶基因启动子 两种抑制性修饰的 变化, 揭示出显著的清除时间差: RA 处理 3 小时后 H2AK119ub1 迅速降至基线,而 H3K27me3 需 24 小时才明显下降。该差异本质源于两种组蛋白及其变体的周转速率不同。
为明确 BAP1/UTX 是否为修饰解离所必需,团队构建了 BAP1 AID 和 UTX AID 快速降解细胞系。 IAA 处理 2 小时快速耗竭蛋白后, RA 诱导的 PcG 靶基因激活及抑制性修饰清除动力学均与对照组无显著差异;进一步研究发现,转录延伸是 PcG 脱离染色质的核心驱动力,使用转录抑制剂 DRB 阻断 RNA 聚合酶延伸后, PcG 则 无法脱离, 相应 修饰亦无法清除。综上,基因激活时 PcG 标记的解离并不依赖 BAP1/UTX 的擦除活性,仅 BAP1 参与维持基因组本底 H2AK119ub1 的稳态水平。
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在厘清传统认知误区后,研究团队进一步聚焦 BAP1 、 UTX 的真实生物学功能 。 采用 FGF/Activin ( FA )诱导分化体系,模拟原始态干细胞向始发态转换,解析二者在 新生 增强 子建立中的作用。 已有 研究 显示 UTX 作为 支架 招募 COMPASS 复合物,以完全 非催化方式参与增强子建立;而 ASXL 蛋白可结合 MLL3/4 并招募 BAP1 至增强子区域,提示 BAP1 亦存在非催化功能。通过野生型 BAP1 与去泛素酶失活突变体 C91A 的回补实验,团队解析出 BAP1 的双重作用:( 1 )支架功能为主 ,即 B AP1 复合体招募 MLL4 至新生增强子,蛋白耗竭后 H3K4me1 与 MLL4 富集显著降低;( 2 )催化功能为辅 ,即 BAP1 的去泛素酶活性限制基因组异常 H2AK119ub1 的累积,过量泛素修饰会拮抗 COMPASS 复合物活性,阻碍增强子成熟,仅回补酶活突变体只能部分挽救增强子建立缺陷。
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该研究提出 全新调控模型:启动子 PcG 标记的清除由转录直接驱动,无需 BAP1/UTX 的 eraser 活性;在细胞命运转换过程中, UTX 仅以支架功能参与增强子组装,而 BAP1 兼具支架与催化双重作用 。 值得注意的是, BAP1 胚系突变与葡萄膜黑色素瘤、间皮瘤、肾癌等家族性肿瘤综合征密切相关, UTX ( KDM6A )突变则被报道与 Kabuki 综合征等多种发育障碍及多种血液系统肿瘤相关。本研究揭示的全新调控机制, 为理解这些疾病的表观遗传失调提供了新的理论框架 。
研究团队同时客观指出,该成果仍存在进一步探索空间。当前研究结论均基于体外干细胞模型获得,尚未开展体内动物模型的功能验证;同时, BAP1 、 UTX 与 MLL4 等核心调控因子的直接相互作用生化证据仍需补充。此外, PcG 修饰清除、增强子建立的调控模式是否存在组织、发育阶段的特异性差异,后续仍需深入挖掘。
天津医科大学 肿瘤医院博士后宫美晗 、 细胞生物学系博士研究生 李 譞 媛 为论文的共同第一作者,吴旭东教授为通讯作者。
原文链接:https://doi.org/10.1016/j.jbc.2026.113415
制版人:十一
学术合作组织
(*排名不分先后)
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