揭示真核模式生物粗糙脈孢菌的轉(zhuǎn)錄調(diào)控新機制（2020.10.10 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)生物學(xué)院）

近日，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)生物學(xué)院何群教授課題組在Nucleic?Acids?Research上發(fā)表了題為?“NC2?complex?is?a?key?factor?for?the?activation?of?catalase-3?transcription?by?regulating?H2A.Z?deposition”?的研究論文。該研究以粗糙脈孢菌?（Neurospora?crassa）?過氧化氫酶基因cat-3為靶點，發(fā)現(xiàn)并解析了類組蛋白轉(zhuǎn)錄因子NC2在轉(zhuǎn)錄起始過程中調(diào)控組蛋白變體H2A.Z組裝的分子機制。

在真核生物中，轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合物（PIC）的組裝作為轉(zhuǎn)錄起始的第一步，其精確調(diào)控對于真核生物基因的轉(zhuǎn)錄是至關(guān)重要的。通用轉(zhuǎn)錄因子TFIID的亞基TBP（TATA-box?binding?protein）識別并結(jié)合基因啟動子區(qū)域的TATA-Box序列，或者TFIID的亞基TAFs識別并結(jié)合啟動子區(qū)域的其它元件，是啟動PIC順序組裝的第一步，也是轉(zhuǎn)錄起始的關(guān)鍵步驟。因此，多數(shù)真核生物通過調(diào)節(jié)TBP的活性來精確調(diào)控PIC的形成，進(jìn)而調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄過程。早期在HeLa細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)錄因子NC2復(fù)合體（包含NC2α和NC2β）能與TBP相互作用，阻止通用轉(zhuǎn)錄因子TFIIA和TFIIB與TBP的結(jié)合，進(jìn)而抑制PIC的組裝，最終抑制RNAPII所負(fù)責(zé)基因的轉(zhuǎn)錄。隨后的研究發(fā)現(xiàn)，NC2還能促進(jìn)PIC的組裝來激活RNAPII所負(fù)責(zé)基因的轉(zhuǎn)錄。因此，目前的研究認(rèn)為NC2參與RNAPII所負(fù)責(zé)基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控都是通過調(diào)控PIC的組裝來實現(xiàn)的。然而，在轉(zhuǎn)錄起始過程中，NC2是否存在新的功能尚不清楚。

近日，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)生物學(xué)院何群教授課題組在Nucleic?Acids?Research上發(fā)表了題為“NC2?complex?is?a?key?factor?for?the?activation?of?catalase-3?transcription?by?regulating?H2A.Z?deposition”的研究論文。該研究以粗糙脈孢菌（Neurospora?crassa）過氧化氫酶基因cat-3為靶點，發(fā)現(xiàn)并解析了類組蛋白轉(zhuǎn)錄因子NC2在轉(zhuǎn)錄起始過程中調(diào)控組蛋白變體H2A.Z組裝的分子機制。

該課題組研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)錄因子NC2復(fù)合體的完整性對于cat-3基因的轉(zhuǎn)錄激活是至關(guān)重要的。首先，IP和ChIP實驗結(jié)果顯示NC2α和NC2β只有通過各自的組蛋白折疊結(jié)構(gòu)域（HF）形成異源二聚體才能結(jié)合在cat-3基因啟動子區(qū)域。隨后，完整的NC2復(fù)合體通過與染色質(zhì)重塑復(fù)合體INO80相互作用，并招募INO80復(fù)合體結(jié)合在cat-3基因啟動子區(qū)域。最后，INO80復(fù)合體移除該區(qū)域的組蛋白變體H2A.Z，解除H2A.Z對cat-3基因的轉(zhuǎn)錄抑制。此外，NC2也能促進(jìn)PIC的組裝來激活cat-3基因的表達(dá)，以維持機體內(nèi)活性氧（ROS）的穩(wěn)態(tài)平衡。該研究成果不僅解析了轉(zhuǎn)錄因子NC2在維持機體內(nèi)活性氧（ROS）穩(wěn)態(tài)平衡中的關(guān)鍵作用，而且還發(fā)現(xiàn)了NC2在調(diào)控真核生物基因轉(zhuǎn)錄起始過程中的新機制。由于NC2、INO80和H2A.Z在真核生物中非常保守，該機制將為NC2調(diào)控類似cat-3的基因表達(dá)及深入解析H2A.Z在影響染色質(zhì)狀態(tài)中的作用提供重要的理論基礎(chǔ)。

中國農(nóng)業(yè)大學(xué)生物學(xué)院博士畢業(yè)生崔國飛為該論文的第一作者;中國農(nóng)業(yè)大學(xué)生物學(xué)院何群教授和中國科學(xué)院微生物研究所的劉曉研究員為該論文的共同通訊作者。