Mol Cell?|?有絲分裂進(jìn)入過程中組蛋白修飾的動(dòng)態(tài)圖譜

撰文|雪月

細(xì)胞進(jìn)入有絲分裂時(shí)，染色質(zhì)會(huì)快速壓縮，形成典型的桿狀有絲分裂染色體。這個(gè)過程對(duì)于染色體準(zhǔn)確分離至關(guān)重要。已經(jīng)知道，condensin復(fù)合體在這個(gè)過程中非常重要，但除了這些結(jié)構(gòu)蛋白之外，組蛋白修飾是否也在推動(dòng)染色體壓縮，一直是這個(gè)領(lǐng)域關(guān)注的問題。尤其是組蛋白磷酸化、甲基化和乙?；?，在有絲分裂期間到底怎樣變化，不同研究之間并不完全一致。過去不少研究使用nocodazole或STLC把細(xì)胞阻斷在有絲分裂期，再去分析組蛋白修飾，但這種做法可能會(huì)把“自然進(jìn)入分裂時(shí)的變化”和“分裂被延長(zhǎng)滯留后的變化”混在一起 。

近日， 來自英國(guó)愛丁堡大學(xué)的William C. Earnshaw團(tuán)隊(duì)在Molecular Cell上發(fā)表 了文章A time-resolved atlas of histone modifications during mitotic entry。 該研究通過高時(shí)間分辨率地追蹤細(xì)胞進(jìn)入有絲分裂時(shí)的組蛋白修飾變化發(fā)現(xiàn)，早期有絲分裂中最顯著的變化是三套不同程序的H3磷酸化，H3T3ph主要標(biāo)記依賴H3K9me3的異染色質(zhì)，而組蛋白乙?；谧匀环至堰^程中僅輕度下降，因此明顯去乙?；⒉皇球?qū)動(dòng)有絲分裂染色體形成的主要因素。

作者建立了一個(gè)高同步性 的實(shí)驗(yàn)體系。他們使用雞 DT40 Cdk1as 細(xì)胞，在解除 G2 期阻滯后，讓細(xì)胞幾乎同步進(jìn)入有絲分裂，然后在 0.5 、 2.5 、 5 、 7.5 、 15 和 30 分鐘這些時(shí)間點(diǎn)收集樣本。作者提取組蛋白后，主要使用高分辨率質(zhì)譜分析修飾水平的動(dòng)態(tài)變化，同時(shí)結(jié)合 ChIP-seq 、 ChIP-qPCR 、免疫熒光和 western blot ，從整體水平和基因組定位兩個(gè)層面分析這些組蛋白修飾。作者也特意加入了 nocodazole 處理組，用來和 “ 自由進(jìn)行的有絲分裂 ” 做對(duì)照，從而區(qū)分自然分裂過程中的變化和藥物阻斷后出現(xiàn)的變化。

文章首先發(fā)現(xiàn)，在有絲分裂進(jìn)入過程中，變化最明顯的組蛋白修飾是磷酸化。作者對(duì) 60 種核心組蛋白肽段進(jìn)行了定量，結(jié)果顯示，隨著細(xì)胞進(jìn)入有絲分裂，磷酸化水平顯著升高，而其他大多數(shù)修飾整體變化并不大。進(jìn)一步分析后，作者發(fā)現(xiàn) H3 上的三個(gè)磷酸化位點(diǎn)并不是同步變化的，而是表現(xiàn)出三種不同的程序。 H3S10ph 最早、最強(qiáng)，在早期就迅速升高，并在后期保持較高水平； H3T3ph 上升更晚，而且是相對(duì)短暫的； H3S28ph 則出現(xiàn)更晚，并持續(xù)增加。作者據(jù)此認(rèn)為，有絲分裂早期存在三套彼此不同的磷酸化程序，而不是單一的統(tǒng)一變化。

接著，作者分析了甲基化與這些磷酸化之間的關(guān)系。結(jié)果顯示，H3K9、H3K4和H3K27相關(guān)甲基化在有絲分裂進(jìn)入過程中整體上并沒有明顯改變。甲基化水平本身并沒有像磷酸化那樣發(fā)生大幅波動(dòng)。鄰近的甲基化狀態(tài)會(huì)影響某些磷酸化能否發(fā)生。作者發(fā)現(xiàn)， H3T3ph 不會(huì)出現(xiàn)在帶有 H3K4me2 或 H3K4me3 的肽段上，只在未甲基化或 H3K4me1 背景下出現(xiàn)。與此同時(shí)， S10 和 S28 位點(diǎn)的磷酸化則不明顯受鄰近賴氨酸甲基化狀態(tài)影響。這個(gè)結(jié)果說明，不同位點(diǎn)之間的 “methyl-phos switch” 并不是普遍一致的。

在質(zhì)譜分析之外，作者進(jìn)一步用 ChIP-seq 從基因組水平看 H3T3ph 分布。作者發(fā)現(xiàn)， H3T3ph 并不出現(xiàn)在啟動(dòng)子鄰近的活躍染色質(zhì)區(qū)域，而是與 H3K4me2/3 富集區(qū)域基本互斥。相反，它與 H3K9me3 這種經(jīng)典組成型異染色質(zhì)標(biāo)記高度相關(guān)，而與 H3K27me3 沒有明顯相關(guān)性。也就是說，作者認(rèn)為 H3T3ph 在有絲分裂中更像是一個(gè) 異染色質(zhì)相關(guān)標(biāo)記 。為了進(jìn)一步驗(yàn)證這種關(guān)系，作者使用 SUV39H1/2 抑制劑 chaetocin 降低 H3K9me3 ，結(jié)果發(fā)現(xiàn) H3K9me3 下降的同時(shí)， H3T3ph 也明顯下降；而抑制 Haspin 并不會(huì)反過來影響 H3K9me3 。結(jié)合 ChIP-qPCR 結(jié)果，作者提出H3K9me3是H3T3ph沉積所必需的條件。

隨后，作者又討論了 H3T3ph 與著絲粒的關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn)， H3T3ph 在重復(fù)型著絲粒區(qū)域明顯富集，但在非重復(fù)型著絲粒中卻檢測(cè)不到明顯信號(hào)。這說明功能性的非重復(fù)型著絲粒在沒有 H3T3ph 的情況下依然可以存在和工作。因此，作者認(rèn)為H3T3ph并不是所有著絲粒都必需的普遍標(biāo)記，它更符合異染色質(zhì)相關(guān)修飾的特征。

最后 ， 作者比較了自由進(jìn)行的有絲分裂與 nocodazole 阻斷條件下的乙?；兓l(fā)現(xiàn) H2A 、 H3 和 H4 上的多個(gè)乙?；稽c(diǎn)在自由進(jìn)入有絲分裂時(shí)只是輕度下降，甚至有的基本不變；但在 nocodazole 阻斷兩小時(shí)后，乙酰化水平明顯下降。 western blot 結(jié)果也支持這個(gè)觀察。作者隨后又用 MG132 延長(zhǎng)有絲分裂，發(fā)現(xiàn)隨著分裂被延長(zhǎng)，乙酰化會(huì)逐漸持續(xù)下降。這說明明顯的組蛋白去乙?；⒉皇侨旧w剛形成時(shí)就發(fā)生的主要事件，而更像是細(xì)胞在有絲分裂中被延長(zhǎng)滯留后出現(xiàn)的結(jié)果。作者因此認(rèn)為，在自然進(jìn)行的有絲分裂中，組蛋白去乙?；⒉皇球?qū)動(dòng)染色體形成的主要原因。

該研究發(fā)現(xiàn)有絲分裂早期主要發(fā)生的是組蛋白磷酸化重塑，而不是廣泛去乙?；蚣谆淖?/strong>。去乙?；⒉或?qū)動(dòng)有絲分裂染色體形成，而有絲分裂中condensin之外的染色質(zhì)壓縮機(jī)制仍然有待進(jìn)一步解釋。

https://doi.org/10.1016/j.molcel.2026.03.038

制版人： 十一

學(xué)術(shù)合作組織

（*排名不分先后）

戰(zhàn)略合作伙伴

（*排名不分先后）

轉(zhuǎn)載須知

【原創(chuàng)文章】BioArt原創(chuàng)文章，歡迎個(gè)人轉(zhuǎn)發(fā)分享，未經(jīng)允許禁止轉(zhuǎn)載，所刊登的所有作品的著作權(quán)均為BioArt所擁有。BioArt保留所有法定權(quán)利，違者必究。

BioArt

Med

Plants

人才招聘

點(diǎn)擊主頁推薦活動(dòng)

關(guān)注更多最新活動(dòng)！