教學(xué)設(shè)備

2025年8月6日，北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心李湘盈課題組聯(lián)合清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、清華-北大生命科學(xué)聯(lián)合中心劉念課題組在《細胞》（Cell）雜志上在線發(fā)表了題為《攜帶二價組蛋白修飾的復(fù)合型轉(zhuǎn)座子作為RNA依賴性增強子調(diào)控細胞命運》“Composite transposons with bivalent histone marks function as RNA-dependent enhancers in cell fate regulation”的研究論文。該研究首次揭示了H3K9me3和H3K27ac標(biāo)記的二價染色質(zhì)對復(fù)合型轉(zhuǎn)座子SVA的協(xié)同調(diào)控機理和生物學(xué)功能，并證明了SVA的RNA依賴性增強子活性及其在造血系統(tǒng)分化和衰老相關(guān)髓系偏好性造血中的重要生理意義，提示其有望成為干預(yù)造血發(fā)育異常和造血衰老的潛在靶標(biāo)。

論文截圖

為了探究二價染色質(zhì)對復(fù)合型轉(zhuǎn)座子的調(diào)控機理和生物學(xué)功能，研究人員以代表性的復(fù)合型轉(zhuǎn)座子SVA為研究對象。首先，通過構(gòu)建SVA的表達報告系統(tǒng)并運用全基因組篩選策略，研究人員找出了SVA的161個抑制因子和237個激活因子，這些調(diào)控因子涉及功能多樣的調(diào)控通路和蛋白互作網(wǎng)絡(luò)。通過流式和RNA-seq，研究人員驗證了其中部分調(diào)控因子，并且分析發(fā)現(xiàn)具有二價染色質(zhì)修飾的SVA更傾向于被調(diào)控因子所調(diào)節(jié)。接著，研究人員選取了其中的激活因子LMO2和抑制因子METTL3/14進行了深入探究。結(jié)果顯示（圖1），LMO2通過TAL1結(jié)合到SVA的3’端，并招募組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶CBP在SVA的3’端加上H3K27ac。當(dāng)LMO2敲除后，SVA的3’端H3K27ac減少，而5’端H3K9me3增加，從而導(dǎo)致SVA表達下調(diào)。相反，METTL3/14通過在SVA的RNA上加上m⁶A修飾，進而招募YTHDC1/SETDB1，在SVA的5’端加上H3K9me3，METTL3/14敲除后，SVA的5’端H3K9me3減少，而3’端LMO2、CBP富集增加，進而使H3K27ac增加，SVA表達升高。

圖1. 調(diào)控因子通過改變二價修飾影響SVA表達

功能上，研究人員發(fā)現(xiàn)LMO2或METTL3/14通過調(diào)控SVA的表達會影響SVA周圍基因的表達，即類似增強子的活性。為了進一步驗證SVA的RNA依賴性增強子活性，研究人員通過CRISPRa/i、Hi-C、SVA deletion,、SVA反義核苷酸（ASO）處理等方法，系統(tǒng)驗證了SVA依賴其RNA并通過染色質(zhì)環(huán)（chromatin loop）接觸并激活遠程基因表達的增強子功能。進一步，研究人員利用體外紅細胞分化、髓系/淋系雙向分化體系，發(fā)現(xiàn)SVA在包括紅細胞分化和單核-巨噬細胞分化在內(nèi)的髓系分化中表達上調(diào)，而在淋系分化中表達下降。且不同的SVA亞群通過與不同譜系的特異性基因形成loop激活相應(yīng)譜系發(fā)育基因的表達。當(dāng)用ASO敲低SVA的RNA后，造血干細胞分化產(chǎn)生的髓系比例下降而淋系比例升高。最后，研究人員關(guān)注到衰老相關(guān)的髓系偏好性造血現(xiàn)象，并發(fā)現(xiàn)衰老造血干細胞中SVA表達上調(diào)是導(dǎo)致衰老造血系統(tǒng)中髓系分化比例偏高的原因。而通過敲低SVA的表達，可以使衰老造血干細胞的髓系/淋系分化比例很大程度地恢復(fù)至年輕造血干細胞的水平，從而揭示了SVA對造血系統(tǒng)分化發(fā)育過程及造血衰老中重要生理意義，對未來造血衰老相關(guān)疾病的治療提出潛在的治療方向（圖2）。

圖2. 二價組蛋白修飾影響SVA的表達進而調(diào)控造血分化和衰老

圖3. 論文總結(jié)圖

綜上所述，該研究工作發(fā)現(xiàn)了H3K9me3/H3K27ac標(biāo)記的二價染色質(zhì)富集在復(fù)合型轉(zhuǎn)座子SVA的不同功能區(qū)域上，并且調(diào)控因子對二價修飾的協(xié)同調(diào)控可以動態(tài)精確地控制SVA的表達水平，進而調(diào)控SVA的增強子功能，最終影響造血系統(tǒng)分化和衰老（圖3）。

劉念和李湘盈為該論文的通訊作者，劉念課題組CLS項目2020級博士生周自強和李湘盈課題組朱昰聰博士為該論文的共同第一作者。劉念課題組的博士后洪雅強、2021級博士生靳光普，北京大學(xué)人民醫(yī)院的主治醫(yī)師馬瑞、2023級博士生林凡，和李湘盈課題組的2022級本科生張屹陽為該課題作出了重要貢獻。北京生命科學(xué)研究所的沈博教授、上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院的卞遷教授和廈門大學(xué)的黃佳良教授為該工作提供了寶貴建議。研究得到北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心、北京生物結(jié)構(gòu)前沿中心、國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、清華大學(xué)自主科研計劃、本源公益基金等的支持。
信息來源： 北大生命科學(xué)學(xué)院