易基因： ChIP-seq揭示H3K27me3去甲基化酶在体细胞重编程调控转录机制｜项目文章_h3k27me3的chip-seq

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2020年10月8日，中国科学院广州生物医药与健康研究院/生物岛实验室秦宝明教授团队和Miguel A. Esteban课题组在Nature Communications杂志发表了题为"JMJD3 acts in tandem with KLF4 to facilitate reprogramming to pluripotency"的研究论文，该成果揭示了H3K27me3去甲基化酶JMJD3与KLF4在体细胞重编程中协同调控转录新机制，深圳易基因提供本研究中的部分测序分析服务。

标题：JMJD3 acts in tandem with KLF4 to facilitate reprogramming to pluripotency

发表时间：2020年10月8日

期刊：Nature Communications

影响因子：14.919

技术方法：ChIP-seq、RNA-seq等

1、研究背景

作为个体发育和干细胞分化中最重要的组蛋白修饰之一，H3K27me3标记发育分化基因并抑制其表达，在基因组水平H3K27me3的动态变化是发育和分化得以有序进行的重要基础。体细胞重编程是发育和分化的逆向过程，H3K27me3势必经历逆向的时空变化。此外，相当一部分多能性以及上皮相关基因在初始成纤维细胞中都被H3K27me3修饰，这些基因的激活伴随H3K27me3去甲基化。因此作者推断，H3K27me3的去甲基化可能是重编程必需的限速环节。

在哺乳动物中，负责H3K27me3的去甲基化酶主要有UTX（即KDM6A）和JMJD3（即KDM6B），除了非常相似的去甲基化酶活性结构域，两者在结构和功能都存在显著差异。以往研究报道，UTX是重编程中众多多能性相关基因激活所必需的，而JMJD3则通过2种途径抑制重编程，即激活细胞衰老以及降解多能性相关因子PHF20。这2项研究都是在没有维生素C（Vc）的条件下开展的，作者于是提出问题：在Vc条件下，JMJD3和UTX对重编程发挥怎样的作用？

2、材料与方法

将小鼠饲养在病原体的环境中，12小时光照/黑暗循环，温度保持22-24°C，相对湿度40–70%，吸入二氧化碳进行安乐死，提取样本对体细胞重编程，进行RNA-seq、ATAC-seq和ChIP-seq等测序分析。

3、实验结果

JMJD3对体细胞重编程的双重作用

本研究中，作者通过逆转录定量PCR（RT-qPCR）和RNA-seq测定分析并多方验证，证实了组蛋白H3K27me3去甲基化酶JMJD3在小鼠重编程中起着2方面相反的作用。一方面，在传代后期出现衰老特征的小鼠胚胎成纤维细胞（MEF）中，与以往报道一致，JMJD3通过激活Ink4a/Arf抑制重编程，而且这一效应与重编程无关；另一方面，在传代早期年轻的MEF中，JMJD3提高重编程效率并且Vc能大大加强这一作用。

图1：JMJD3和KLF4在重编程中的工作模型

② ChIP-seq证实KLF4和JMJD3的协同作用

作者通过ChIP-seq等组学测序分析，表明在机制上，JMJD3被KLF4特异性地招募至上皮和多能性基因位点，并辅助KLF4激活这些基因。

进一步，作者在多种其他KLF4介导的细胞命运转变中验证了JMJD3的这一作用模式。

图2：重编程过程中JMJD3与KLF4协同作用

易基因小结

作者通过对小鼠体细胞重编程过程中进行转录组和ChIP-seq等测序分析，揭示了H3K27me3去甲基化酶JMJD3与KLF4在体细胞重编程中协同调控转录新机制。首先，JMJD3对重编程有2方面相反的作用；在机制上，JMJD3被KLF4特异性地招募至上皮和多能性基因位点，并辅助KLF4激活这些基因。进一步，作者还在多种其他KLF4介导的细胞命运转变中验证了JMJD3的这一作用模式。因此，本研究对深入理解KLF4和JMJD3在相关发育、干细胞分化、生理和疾病条件下的复杂作用具有提示意义。

参考资料：

1. doi.org/10.1038/s41467-020-18900-z
2. 生物岛实验室官网：https://www.grmh-gdl.cn/index.php/index/show/index?id=1032