Science：表观遗传学调控颠覆性别差异老观点

著名科学机构，英国生物信息学研究所EMBL-EBI和德国Max Planck免疫表观遗传学研究所MPI的研究人员发现了细胞同时调节多种不同基因活性的方式。这一研究成果发表在Science杂志上，揭示了性别差异背后的重要机制，颠覆了此前的普遍观点。

　　

生物通报道：英国生物信息学研究所EMBL-EBI和德国Max Planck免疫表观遗传学研究所MPI的研究人员发现了细胞同时调节多种不同基因活性的方式。这一研究成果发表在Science杂志上，揭示了性别差异背后的重要机制，颠覆了此前的普遍观点。

该研究分析了果蝇调控一系列重要基因的机制。雌性果蝇拥有两个X染色体，而雄性只有一个，这就需要避免雌性X染色体上的基因产生两倍于雄性相应基因的蛋白。研究人员发现，雄性果蝇通过使其X染色体基因产量翻倍来避免上述情况，在雄性果蝇体内一个表观遗传学酶使成千上万的不同基因产量翻番。

“想象一下，你有成千上万不同大小、不同形状半满的玻璃杯，”在EMBL-EBI领导该研究的Nick Luscombe说。“现在要将它们同时装满，这可是一个相当复杂的机制。”

研究人员需要检测表达量提高的信号来研究基因的表达量，在绝大多数这类研究中，基因表达升高的系数都在10到100之间，而在这项研究中这一信号只有2。要精确检测这样微弱的信号是并不容易，研究人员对数百个基因进行了大量研究和生物信息学分析。

研究人员发现H4K16（组蛋白H4赖氨酸16）的高度乙酰化，使单条雄性X染色体上的基因转录翻倍。对RNA聚合酶II进行精确定量发现，结合到雄性X染色体的RNA聚合酶II是结合到雌性X染色体上的两倍。这意味着两性之间的差异来源于转录的起始阶段，当聚合酶首次结合DNA时。这与科学界中的普遍观点不同，此前人们普遍认为性别差异相关的调控机制是在转录过程中开始的。

发现雄性X染色体基因双倍表达机制带了深远的意义，在这一机制中组蛋白乙酰化修饰广泛影响了染色质的结构，从而实现了对RNA聚合酶II功能的精确控制。这是人们首次发现一个直接而清晰的机制，将组蛋白修饰与控制成千上万基因表达的聚合酶活性联系起来。

研究人员计划继续深入研究这种广泛调节机制中的各种因素，并分析这一机制如何与细胞其他遗传信息微调方法协同起作用。

（生物通编辑：叶予）

生物通推荐原文摘要：

Drosophila Dosage Compensation Involves Enhanced Pol II Recruitment to Male X-Linked Promoters

Through hyper-acetylation of histone H4 lysine 16 (H4K16), the Male Specific Lethal (MSL) complex in Drosophila approximately doubles transcription from the single male X chromosome in order to match X-linked expression in females and expression from diploid autosomes. By obtaining accurate measurements of RNA polymerase II (Pol II)–occupancies and short promoter-proximal RNA-production, we report a consistent, genome-scale increase in Pol II activity at the promoters of male X-linked genes. Moreover, enhanced Pol II recruitment to male X-linked promoters is largely dependent on the MSL complex. These observations provide insights into how global modulation of chromatin structure by histone acetylation contributes to the precise control of Pol II function.