NIBS朱冰实验室JBC报道表观遗传新发现

北京生命科学研究所的朱冰实验室发现H3K36甲基化修饰直接拮抗H3K27甲基化酶PRC2的活性，并进一步发现经典的PRC2拮抗蛋白Ash1是一个H3K36甲基化酶。

　　

2013年9月10日，北京生命科学研究所的朱冰实验室在The Journal of Biological Chemistry杂志上在线发表题为《Histone H2A ubiquitination inhibits the enzymatic activity of H3 Lysine 36 methyltransferases》的文章。该文章主要报道了组蛋白H2A的单泛素化修饰可以直接抑制组蛋白H3第36位赖氨酸甲基转移酶的生化活性。

组蛋白具有多种翻译后修饰，组蛋白修饰间的相互调节具有重要的生理意义。此前,朱冰实验室发现转录抑制相关的组蛋白H3K27甲基化修饰与转录活跃相关的组蛋白H3K36甲基化修饰的高阶状态在体内几乎不能共存于同一组蛋白H3分子。该项研究发现H3K36甲基化修饰直接拮抗H3K27甲基化酶PRC2的活性，并进一步发现经典的PRC2拮抗蛋白Ash1是一个H3K36甲基化酶。该项工作于2011年发表于The Journal of Biological Chemistry杂志，并被该杂志评为年度最佳论文。

然而，该工作也发现H3K27甲基化不能抑制H3K36甲基化酶的活性，这种单向的抑制机制不足以解释H3K27与H3K36高阶甲基化修饰间的完全互斥。

组蛋白H2A单泛素化与组蛋白H3K27甲基化均为重要的Polycomb类抑制性修饰，且常共存。因此，本研究试图从组蛋白H2A单泛素化修饰的角度去解释H3K27与H3K36甲基化间不共存的机制。在本研究中，朱冰实验室建立了一套纯化到毫克级单泛素化组蛋白H2A的简便方法，并能在体外组装H2A完全单泛素化的核小体，并比较不同组蛋白甲基转移酶在该核小体底物上的生化活性。本研究发现多个H3K36甲基转移酶的活性均会被组蛋白H2A单泛素化抑制，但其它位点上的甲基化酶则不受H2A单泛素化的影响。这些进展与已知的文献一起更好地揭示了H3K36甲基化与Polycomb修饰及转录调节间的关系。

北京生命科学研究所与北京师范大学联合培养的博士生袁刚为本文的第一作者，朱冰实验室的技术员马奔、袁文博士、张珠强博士对研究工作具有重要贡献，其他作者包括本所的冯丽、丁晓军、陈涉博士、中国科学院生物物理研究所的陈萍博士和李国红博士以及清华大学的沈晓骅博士。朱冰博士为本文通讯作者。该研究由科技部、北京市科委和HHMI国际青年科学家项目资助，主要工作在北京生命科学研究所完成。

原文摘要：

Histone H2A ubiquitination inhibits the enzymatic activity of H3 Lysine 36 methyltransferases

Histone H3 lysine 27 (H3K27) methylation and H2A monoubiquitination (ubH2A) are two closely related histone modifications that regulate Polycomb silencing. Previous studies reported that H3K27 trimethylation (H3K27me3) rarely coexists with H3K36 di- or tri-methylation (H3K36me2/3) on the same histone H3 tails, which is partially controlled by the direct inhibition of the enzymatic activity of H3K27-specific methyltransferase PRC2. By contrast, H3K27 methylation does not affect the catalytic activity of H3K36-specific methyltransferases, suggesting other Polycomb mechanism(s) may negatively regulate the H3K36-specific methyltransferase(s). In this study, we established a simple protocol to purify milligram quantities of ubH2A from mammalian cells, which were used to reconstitute nucleosome substrates with fully ubiquitinated H2A. A number of histone methyltransferases (HMTases) were then tested on these nucleosome substrates. Notably, all of the H3K36-specific methyltransferases, including ASH1L, HYPB, NSD1 and NSD2 were inhibited by ubH2A, whereas the other histone methyltransferases, including PRC2, G9a and Pr-Set7 were not affected by ubH2A. Together with previous reports, these findings collectively explain the mutual repulsion of H3K36me2/3 and Polycomb modifications.