上海生科院解析真核生物基因表达调控的新机制
2月29日，Nature Plants 杂志在线发表了中国科学院上海生命科学研究院植物逆境生物学研究中心何跃辉课题组（植物环境表观遗传学实验室）题为Coupling of histone methylation and RNA processing by the nuclear mRNA Cap-Binding Complex 的研究论文。该研究揭示了染色质修饰与mRNA转录起始及加工的相互依存关系，两者协同作用，以提高成熟mRNA及基因表达的水平。
生物体内编码基因要正确执行其功能，需要经历DNA的复制、转录和翻译过程，即基因表达过程。真核生物基因表达的转录前水平调节是基因表达调控过程中最重要的环节，mRNA前体的转录起始在表观遗传学水平上受到多种转录因子以及染色质修饰与重塑的调控。其中组蛋白H3K4me3和H3K36me3两种修饰对转录起始和延伸起到促进作用，且控制其修饰的蛋白复合体在真核生物中是高度保守的，在模式植物拟南芥中分别为COMPASS蛋白复合体和EFS酶。被转录的mRNA前体随后在其5’端发生加帽修饰，这一过程除抑制mRNA降解之外，还有助于mRNA共转录加工及翻译。新合成的5’帽子结构被CBC蛋白复合体（由CBP20和CBP80构成）所识别与保护，同时CBC还有助于mRNA加工过程的进行。到目前为止，CBC对转录的调控仍不清楚。染色质修饰与mRNA间是否有互作关系，鲜有报道。
在该研究中，研究人员利用模式植物拟南芥为研究对象发现CBC蛋白复合体与COMPASS蛋白复合体以及EFS之间存在直接的相互作用，形成超级蛋白复合体。在复合体中CBC与这些促进转录的染色质修饰因子相互依存，协同调控基因的转录以及共转录加工过程，从而高效调控mRNA的水平。
在对拟南芥开花主效基因FLC表达调控的研究中，研究人员发现，其mRNA的水平受到转录和共转录加工两个过程的协同调控。其表达受到COMPASS蛋白复合体与EFS酶分别催化的H3K4me3和H3K36me3的修饰正调控，同时也需要CBC复合体。CBC-COMPASS 及 CBC-EFS协同提高 FLC mRNA 水平，从而控制植物的开花时间，使其在合适的环境条件下开花结果。同时利用ChIP-seq 在基因组水平的分析表明除FLC外，有超过300个基因也有可能受到CBC-COMPASS 及 CBC-EFS协同调控。
在真核细胞生物中，H3K4me3和H3K36me3修饰对基因表达转录的促进作用是广泛存在的，而COMPASS蛋白复合体、CBC蛋白复合体和EFS也相应地高度保守，因此该研究的发现可能同样适用于其他真核生物。该研究揭示了染色质修饰因子与RNA加工相关蛋白互作以协同调控基因表达的机制，不仅拓宽了对染色质修饰与RNA加工因子功能的认知，也为真核生物基因表达调控领域研究提供了新的视角和研究思路。
该研究项目得到中科院经费支持。
