组蛋白甲基转移酶SETD2研究进展

SETD2基因是调控哺乳动物表观遗传的一个重要基因,其编码的SETD2蛋白主要参与组蛋白甲基化修饰,与RNA聚合酶II作用介导转录延长及错配修复。小鼠SETD2结构异常通过下调H3K36me3而引起血管构建功能缺陷。在许多人类肿瘤(乳腺癌、肾癌及膀胱肿瘤等)中都发现了SETD2基因改变。近年来的研究表明,SETD2基因表达下调可促进白血病干细胞的自我更新,从而促进白血病的发生和发展。SETD2-H3K36me3信号通路可认为是肿瘤中常见的一种抑癌机制,这也为临床疾病诊断和治疗提供了新策略。但是,关于SETD2异常引起肿瘤的具体作用机制需要进一步研究。该文就SETD2基因的结构、功能及其在胚胎发育及成体肿瘤尤其是白血病中的作用机制作一综述。     

EZH2在人脂肪肉瘤的表达情况及EZH2抑制剂抗人脂肪肉瘤效果及机制研究

摘要 目的：探索组蛋白H3K27me3甲基转移酶EZH2在人脂肪瘤、高分化脂肪肉瘤和去分化脂肪肉瘤的表达情况及EZH2酶活性小分子抑制剂GSK126对人脂肪肉瘤细胞系SW872的影响,并初步探索其可能机制。方法：筛选脂肪瘤、高分化脂肪肉瘤和去分化脂肪肉瘤患者术后活检标本共计23例,其中脂肪瘤7例,高分化脂肪肉瘤9例,去分化脂肪肉瘤7例,制成组织芯片,免疫组化染色检测EZH2的蛋白表达情况。体外培养SW872 脂肪肉瘤细胞系,采用CCK-8 法检测不同浓度GSK126对细胞生存的抑制作用,流式细胞技术检测细胞凋亡情况,Realtime PCR法检测细胞的凋亡与抗凋亡（Caspase-1、Caspase-3、Caspase-7、Caspase-9、Bcl-2、Bag-3）、血管生成（VEGF-α）、干性（CD133、CD44、CD24）相关基因的表达,Western blot 检测内质网应激相关蛋白Bip和ATF4蛋白的表达量。结果：EZH2在去分化脂肪肉瘤的表达高于高分化脂肪肉瘤,在良性脂肪瘤中的阳性表达少见（均P＜0.05）。EZH2酶活性抑制剂GSK126对SW872 细胞的存活有明显的抑制作用,给药后细胞凋亡率增加（P＜0.05）,凋亡相关基因Caspase-1、Caspase-3、Caspase-7、Caspase-9均表达增强（均P＜0.05）,血管生成基因VEGF-?琢表达降低（P＜0.01）,干性基因CD133表达降低（P＜0.01）,其余基因表达无明显差别。GSK126组的内质网应激相关蛋白Bip和ATF4蛋白的表达增加。结论：EZH2蛋白表达量与脂肪肉瘤细胞分化程度呈负相关,EZH2有望成为脂肪肉瘤的生物学标志物及恶性程度标志物。EZH2抑制剂可能成为脂肪肉瘤潜在的化疗药物,可能通过增强内质网应激发挥作用。     

Jmjd3和Ezh2拮抗调节小鼠骨折愈合

目的:探讨Jmjd3和Ezh2在小鼠骨折愈合过程中的作用。方法:以软骨细胞条件性基因敲除8-10周龄小鼠为研究对象,按基因型随机分为6组,每组5只:其中实验组基因型为Jmjd3~(fl/fl)/Col2a1-Cre ~(ERT2),Ezh2~(fl/fl)/Col2a1-Cre ~(ERT2)或Jmjd~(3fl/fl)/Ezh2~(fl/fl)/Col2a1-Cre ~(ERT2);对照组基因型为Jmjd3~(fl/fl),Ezh2~(fl/fl)或Jmjd3~(fl/fl)/Ezh2~(fl/fl)。建立骨髓腔中插入固定针的稳定性胫骨骨折模型,于骨折术后3天、5天和7天腹腔注射Tamoxifen 3 mg/次/天。各组于术后3W处死,并于骨折部位取材行X线片及组织学检查。结果:通过连续的X线影像学及HE组织切片观察,骨折术后3周是判断小鼠骨折愈合情况的最佳时间点。X线片发现骨折术后3W时软骨细胞内Jmjd3被敲除小鼠的骨折线较对照组明显且骨化骨痂大小和密度均较低,HE切片显示骨化骨痂面积显著低于对照组,而软骨骨痂面积高于对照组;相反,X线片发现Ezh2被敲除小鼠的骨痂面积明显大于对照组,且密度高于对照组,HE组织切片显示Ezh2被敲除的小鼠的骨化骨痂的钙化程度更高,骨小梁更粗更密集。最后,X线片和HE切片均没有发现软骨细胞Jmjd3和Ezh2同时被敲除的小鼠与对照小鼠之间存在明显差异。结论:以软骨细胞特异基因敲除小鼠为基础,我们首次发现Jmjd3具有促进骨折愈合的作用,而Ezh2具有抑制骨折愈合的作用;并且发现Jmjd3和Ezh2对抗调节小鼠的骨折愈合过程,这些发现为骨折愈合治疗提供了新的分子实验基础。     

组蛋白去甲基化酶KDM7家族在脑疾病中研究进展

组蛋白去甲基化酶KDM7家族包括KDM7A、KDM7B、KDM7C三种蛋白,主要通过去除与转录沉默相关的特定组蛋白赖氨酸甲基化修饰,进而对基因转录发挥调控作用。目前,对KDM7家族的研究主要集中于其在神经分化、肿瘤发生发展等过程中的作用,而对其在脑神经疾病中的作用却知之甚少。本文从该蛋白家族表观遗传调控机制、结构生物学及其在脑神经疾病中的作用等方面进行了综述,以期为研究其在脑神经疾病中的功能机制提供参考,为理解脑神经疾病分子病理机制以及探索基于该机制的有效治疗靶点带来新的启示。     

组蛋白H3K27去甲基化酶与肿瘤发生

组蛋白甲基化是一种重要的表观遗传学修饰,在基因表达调节方面发挥着重要的作用.组蛋白H3赖氨酸27三甲基化（H3K27me3）是一种抑制性组蛋白标记,可被去甲基化酶UTX和JMJD3催化而移去甲基.UTX和JMJD3通过激活HOX基因而参与细胞分化和多能细胞抑制过程.在多种肿瘤中检测到UTX和JMJD3突变或表达下降,同时多种基因启动子区H3K27me3含量增多.UTX和JMJD3均被看作肿瘤抑制基因,其中UTX调节了RB依赖的细胞命运控制,而JMJD3通过激活INK4b-ARF-INK4a位点而参与了癌基因诱导的衰老.组蛋白H3K27去甲基化酶与肿瘤发生的研究使我们对癌症发展过程有了更好的理解,同时也为癌症诊断和治疗提供了新靶点.     

AMPK与脂肪细胞分化的关系研究及其在人脂肪源性肿瘤组织中的表达特点

目的:探讨AMPK在脂肪细胞分化过程中的作用以及与脂滴相关表面蛋白Cidec的表达关系,为肥胖发生及其防治肥胖及肥胖相关性疾病提供重要的理论依据。方法:通过免疫组织化学、Real-time PCR和Western blot等方法分析AMPK和Cidec在脂肪细胞分化中的作用,明确二者的相关性。结果:在不同分化程度的脂肪源性肿瘤组织中,AMPK表达随着脂肪细胞分化程度的升高而表达降低,而Cidec的表达是逐渐增高的;在不同发育阶段的胎儿脂肪组织中,AMPK随着胎龄的增加表达逐渐降低(P0.01),而Cidec的表达则呈逐渐增高的趋势(P0.01);以上AMPKα的表达均与Cidec的表达水平呈负相关。结论:AMPK可能在脂肪细胞分化过程中扮演重要角色,研究其与Cidec的表达与作用关系可能为脂肪细胞发育及分化提供重要线索及依据。     

组蛋白 H3K79同型半胱氨酸修饰位点在神经管畸形中的作用

目的:探讨人类胚胎脑组织中是否存在H3K79同型半胱氨酸修饰(H3K79Hcy)及其在神经管畸形(NTDs)中的作用。方法:通过质谱检测组蛋白H3K79是否存在同型半胱氨酸修饰位点。进一步合成包含组蛋白H3K79位点的同型半胱氨酸(Hcy)修饰的肽段,并与牛血清白蛋白(BSA)偶联后免疫兔子得到抗组蛋白H3K79Hcy多克隆抗体,并对抗体进行特异性检测;采用此抗H3K79Hcy抗体比较人类高Hcy NTDs样本和正常对照样本的H3K79Hcy水平。结果:(1)人胚胎组织组蛋白H3K79位点存在同型半胱氨酸修饰;(2)高Hcy水平NTDs脑组织中H3K79Hcy修饰水平高于正常对照(P0.05)。结论:人胚胎组织存在H3K79Hcy修饰,此修饰异常可能促进神经管畸形的发生。     

诱导小鼠白色脂肪来源的SVF分化为米色脂肪细胞的方法初探

摘要 目的：探究将小鼠白色脂肪来源的SVF细胞诱导为米色脂肪细胞的方法,为米色脂肪的研究提供细胞模型。方法：分离培养小鼠脂肪组织来源的SVF细胞,观察其细胞形态及生长特性,分别用鸡尾酒法和米色脂肪诱导法处理细胞,在诱导的第0、2、4、6、8、10天收取细胞样品进行Western blot和RT-qPCR实验,油红O染色观察不同时间点培养皿中的脂质生成情况,并对针对脂滴大小定量。结果：实验分离的SVF细胞随着接种时间的延长逐渐呈长梭形,在+接种120 h后有呈螺旋式生长的趋势。Western blot和RT-qPCR结果显示两种诱导方法皆使过氧化物酶体增殖物受体γ（Peroxisomeproliferator activated receptor γ,PPARγ）和CCAAT-增强子结合蛋白（CCAAT/enhancer binding proteins α,C/EBPα）基因表达升高（P<0.05）,油红O染色结果显示,在两种方法的诱导下,脂质生成水平无差异,但与鸡尾酒法相比,米色脂肪诱导法的脂肪细胞脂滴面积明显减少（P<0.05）,并且小体积脂滴所占百分比较高。Western blot和RT-qPCR结果显示,与鸡尾酒法相比,米色脂肪诱导法使解偶联蛋白1（Uncoupling protein 1,UCP1）和含PR结构域蛋白16（PRD1-BF1-RIZ1 homologous domain containing 16,PRDM16）基因表达升高（P<0.05）。结论：与鸡尾酒法相比,该方法能够成功诱导SVF细胞向米色脂肪细胞分化,脂滴具备米色脂肪特征,并表达米色脂肪标记基因。     

组蛋白H3K36甲基化与疾病

组蛋白H3K36位点可以发生甲基化修饰,其修饰状态受到H3K36甲基转移酶和去甲基化酶的动态调控。H3K36的甲基化修饰可引起多种生物学效应,如参与基因的转录激活或抑制、剂量补偿以及基因的选择性剪接等。H3K36甲基化修饰状态的异常与很多疾病相关,因此全面了解H3K36甲基化对于该类疾病的诊断和治疗具有重要意义。     

组蛋白H3K4甲基转移酶复合物亚基Ash2参与裂殖酵母产孢

在氮源缺乏及信息素存在的条件下,裂殖酵母(Schizosaccharomyces pombe)进行减数分裂并完成产孢。在此过程中,信息素介导的MAPK(Mitogen-activated protein kinases)信号通路调控减数分裂相关基因的表达。Spk1是MAPK通路的核心成员,通过蛋白磷酸化的方式激活转录因子Ste11,从而激活mei2⁺、mam2⁺和map3⁺等减数分裂相关基因的表达。尽管组蛋白H3K4甲基化参与基因转录激活、染色质重塑等诸多生物学过程,但其在裂殖酵母产孢过程中的作用并不清楚。文章通过序列比对,发现裂殖酵母Ash2作为H3K4甲基转移酶复合物COMPASS的亚基具有两个保守的结构域,定位于细胞核内参与H3K4的甲基化修饰。ash2⁺的缺失引起裂殖酵母在氮源缺乏时产孢过程的延迟及产孢率下降。ChIP、定量PCR分析结果显示,ash2⁺的缺失降低了spk1⁺编码区H3K4的二甲基化水平,造成spk1⁺mRNA水平的明显下调。在ash2Δ细胞中,虽然ste11⁺的转录水平没有变化,但Ste11的靶基因mei2⁺、mam2⁺和map3⁺的转录水平明显下降。在裂殖酵母中,组蛋白H3K4甲基转移酶复合物COMPASS的亚基Ash2通过调控二甲基化水平修饰从而调节MAPK信号通路,参与裂殖酵母的有性生殖,为建立表观遗传修饰与减数分裂之间的联系提供了新的线索。     

双硫仑治疗小鼠肥胖的安全性和有效性评价

摘要 目的：观察双硫仑治疗小鼠肥胖的安全性和有效性。方法：取6周龄C57BL/6J雄性小鼠10只,高脂饲料诱导肥胖后,随机分为双硫仑组（双硫仑玉米油溶液,300 mg/(kg?d）和对照组（等量玉米油）,每组5只小鼠。每日灌胃给药1次,连续2周,期间仍给与高脂饲料。监测小鼠食物消耗量和体重。给药结束后取小鼠血清、附睾白色脂肪垫、肩胛间区棕色脂肪和肝脏。白色、棕色脂肪和肝脏进行HE染色,观察细胞形态。电镜下观察棕色脂肪细胞内的脂滴和线粒体。Realtime-qPCR法检测棕色脂肪组织中Ucp1、Fabp4、Prdml6和Cidea的mRNA相对表达量,Western blot法检测Ucp1的蛋白表达量。检测血清中转氨酶ALT和AST含量。取8周龄C57BL/6J雄性小鼠10只,随机分为双硫仑组（双硫仑300 mg/(kg?d）和对照组（等量玉米油）,每日灌胃1次,连续2周。给药结束后进行棕色脂肪和肝脏HE染色并检测血清中ALT和AST含量。取8周龄C57BL/6J雄性小鼠10只,随机分为双硫仑组（双硫仑300 mg/(kg?d）和对照组（等量玉米油）,每日灌胃1次,连续4周,进行肝脏HE染色并检测血清中ALT和AST含量。取孕13.5天的C57BL/6J胚胎小鼠,进行成纤维细胞原代培养,分为双硫仑组（双硫仑5 mg/L）和对照组（等量DMSO）并诱导分化为棕色脂肪细胞。分化8天后进行油红O染色,观察脂滴形成情况,检测Ucp1、Fabp4、Prdml6和Cidea的mRNA相对表达量和Ucp1的蛋白表达量。结果：肥胖小鼠给药过程中,双硫仑组和对照组的进食量及体重变化并无明显差别（P＞0.05）。给药结束后,两组白色脂肪细胞大小无明显差别。双硫仑组小鼠棕色脂肪细胞直径和细胞内脂滴明显增大（P＜0.05）,脂滴数量、线粒体形态及数量无明显差别（P＞0.05）。双硫仑组小鼠棕色脂肪中Cidea和Prdm16的mRNA表达减少（P＜0.05）。正常体重小鼠双硫仑给药2周后棕色脂肪细胞脂滴也增大。细胞实验结果显示,双硫仑组脂滴形成明显减少,Ucp1、Cidea、Prdm16的mRNA表达明显减少（P<0.05）;Ucp1的蛋白表达明显减少（P<0.05）。肥胖与正常小鼠双硫仑给药2周后均出现明显的肝细胞水肿,血清中ALT和AST升高（P<0.05）,正常小鼠给药4周后仍有明显肝细胞水肿,ALT和AST升高（P<0.05）。结论：短期使用双硫仑对饮食诱导的肥胖小鼠无明显减肥作用;双硫仑在体内、外均可抑制小鼠棕色脂肪细胞的分化。短期使用双硫仑可引起肝损害。双硫仑用于减肥治疗的安全性及有效性尚不够理想。     

组蛋白变体H3.3 L27M突变与胶质瘤发生

组蛋白变体在基因表达等基本细胞过程中发挥重要调节功能。人类有5种H3变体,分别为H3.1、 H3.2、H3.3、着丝粒特异性CENP-A和睾丸特异性H3t。人H3.3有H3F3A和H3F3B两个基因编码。采用DNA全基因组测序的方法在儿童高级别胶质瘤如恶性胶质瘤（GBM）和弥漫性内在脑桥胶质瘤（DIPG）鉴定出高频的H3F3A突变。超过70%DIPG和30%GBM携带H3.3 K27M氨基酸错义突变（27位赖氨酸被甲硫氨酸代替）。H3.3 K27M通过与组蛋白H3K27甲基转移酶EZH2亚基相互作用而抑制多梳抑制复合物2（PRC2）活性并全面减少H3K27me3含量。因此H3.3 K27M突变重塑了表观修饰状态和基因表达模式,从而驱动肿瘤发生。K27M突变可作为分子标志物以更好区分儿童胶质瘤亚型,还可作为特异、敏感的预后标志物。通过抑制组蛋白去甲基化酶如JMJD3活性而增加H3K27甲基化可作为K27M突变胶质瘤治疗的有效策略。本文综述了组蛋白变体H3.3 K27M在胶质瘤中的突变模式、分子机制和临床应用。     

Histone 3 modifications and blood pressure in the Beijing Truck Driver Air Pollution Study

Context: Histone modifications regulate gene expression; dysregulation has been linked with cardiovascular diseases. Associations between histone modification levels and blood pressure in humans are unclear.

Objective: We examine the relationship between global histone concentrations and various markers of blood pressure.

Materials and methods: Using the Beijing Truck Driver Air Pollution Study, we investigated global peripheral white blood cell histone modifications (H3K9ac, H3K9me3, H3K27me3, and H3K36me3) associations with pre- and post-work measurements of systolic (SBP) and diastolic (DBP) blood pressure, mean arterial pressure (MAP), and pulse pressure (PP) using multivariable mixed-effect models.

Results: H3K9ac was negatively associated with pre-work SBP and MAP; H3K9me3 was negatively associated with pre-work SBP, DBP, and MAP; and H3K27me3 was negatively associated with pre-work SBP. Among office workers, H3K9me3 was negatively associated with pre-work SBP, DBP, and MAP. Among truck drivers, H3K9ac and H3K27me were negatively associated with pre-work SBP, and H3K27me3 was positively associated with post-work PP.

Discussion and conclusion: Epigenome-wide H3K9ac, H3K9me3, and H3K27me3 were negatively associated with multiple pre-work blood pressure measures. These associations substantially changed during the day, suggesting an influence of daily activities. Blood-based histone modification biomarkers are potential candidates for studies requiring estimations of morning/pre-work blood pressure.     

Determination of the parental pronuclear origin in bovine zygotes: H3K9me3 versus H3K27me2-3

To study the dynamics of 5-methylcytosine and 5-hydroxymethylcytosine in zygotes, the parental origin of the pronuclei needs to be determined. To this end the use of the asymmetric distribution of histone modifications in pronuclei is becoming more popular. Here, we demonstrated that histone 3 lysine 27 di-tri-methylation shows a stable pattern being present in the maternal but not in the paternal pronucleus of bovine zygotes, even in late stages of pronuclear development. In contrast, the pattern of histone 3 lysine 9 tri-methylation is very variable, and therefore cannot be used to reliably determine the parental origin of bovine pronuclei.     

Histone H3K27 dimethylation landscapes contribute to genome stability and genetic recombination during wheat polyploidization

Bread wheat (Triticum aestivum) is an allohexaploid that was formed via two allopolyploidization events. Growing evidence suggests histone modifications are involved in the response to ‘genomic shock’ and environmental adaptation during polyploid formation and evolution. However, the role of histone modifications, especially histone H3 lysine-27 dimethylation (H3K27me2), in genome evolution remains elusive. Here we analyzed H3K27me2 and H3K27me3 profiles in hexaploid wheat and its tetraploid and diploid relatives. Although H3K27me3 levels were relatively stable among wheat species with different ploidy levels, H3K27me2 intensities increased concurrent with increased ploidy levels, and H3K27me2 peaks were colocalized with massively amplified DTC transposons (CACTA family) in euchromatin, which may silence euchromatic transposons to maintain genome stability during polyploid wheat evolution. Consistently, the distribution of H3K27me2 is mutually exclusive with another repressive histone mark, H3K9me2, that mainly silences transposons in heterochromatic regions. Remarkably, the regions with low H3K27me2 levels (named H3K27me2 valleys) were associated with the formation of DNA double-strand breaks in genomes of wheat, maize (Zea mays) and Arabidopsis. Our results provide a comprehensive view of H3K27me2 and H3K27me3 distributions during wheat evolution, which support roles for H3K27me2 in silencing euchromatic transposons to maintain genome stability and in modifying genetic recombination landscapes. These genomic insights may empower breeding improvement of crops.