近日，上海科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院高冠軍課題組在組蛋白表觀(guān)遺傳學(xué)領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展，首次構(gòu)建了核心組蛋白H2A和H2B所有關(guān)鍵修飾位點(diǎn)的原位突變體庫(kù)，并系統(tǒng)性揭示了這些修飾位點(diǎn)在發(fā)育、免疫及基因組穩(wěn)定性等方面的重要表觀(guān)遺傳功能。相關(guān)研究成果以“A histone H2A and H2B point mutant library defines essential in vivo functions in Drosophila“為題，于北京時(shí)間12月12日在線(xiàn)發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞報(bào)告》（Cell Reports）。

組蛋白作為染色質(zhì)的基礎(chǔ)組成部分，其后修飾（如甲基化、乙?；⒘姿峄?、泛素化等）可通過(guò)改變?nèi)旧|(zhì)的結(jié)構(gòu)，調(diào)控基因表達(dá)，進(jìn)而影響細(xì)胞的功能和命運(yùn)。這些修飾與生物體的發(fā)育、基因組穩(wěn)定性以及癌癥等疾病的發(fā)生密切相關(guān)。然而，組蛋白修飾常與其他表觀(guān)遺傳調(diào)控機(jī)制交織在一起，難以單獨(dú)解析。其基因在多細(xì)胞生物中通常具有多拷貝和復(fù)雜分布，傳統(tǒng)方法難以在多細(xì)胞生物中實(shí)現(xiàn)其位點(diǎn)的精準(zhǔn)遺傳操作。

本研究結(jié)合CRISPR基因編輯技術(shù)與phiC31重組系統(tǒng)，以果蠅為模式生物，成功建立了組蛋白H2A和H2B突變體庫(kù)，涵蓋了三十個(gè)進(jìn)化上高度保守的關(guān)鍵修飾位點(diǎn)，每個(gè)突變體都通過(guò)分子和功能驗(yàn)證，系統(tǒng)闡明了這些位點(diǎn)在DNA損傷修復(fù)、轉(zhuǎn)座子沉默、免疫防御、胚胎發(fā)育和生殖等方面的多種重要功能。研究發(fā)現(xiàn)，多個(gè)突變位點(diǎn)與個(gè)體存活和發(fā)育密切相關(guān)：12個(gè)突變導(dǎo)致了胚胎或幼蟲(chóng)期的發(fā)育致死；特定位點(diǎn)影響生殖與免疫，如H2BK11A突變體導(dǎo)致雌性不育，并顯著削弱果蠅對(duì)細(xì)菌感染的免疫能力；揭示了組蛋白修飾與基因調(diào)控的直接聯(lián)系——H2BR96A突變破壞了Polycomb抑制復(fù)合物（PRC2）對(duì)關(guān)鍵發(fā)育基因的沉默功能，揭示了組蛋白修飾在維持染色質(zhì)狀態(tài)中的核心作用。此外，該突變體庫(kù)還鑒定了多個(gè)此前未被發(fā)現(xiàn)的功能性修飾位點(diǎn)，為表觀(guān)遺傳學(xué)研究提供了全新視角。

該研究是繼團(tuán)隊(duì)2019年在《發(fā)育細(xì)胞》（Developmental Cell）發(fā)表的組蛋白H3和H4突變體庫(kù)構(gòu)建后，在組蛋白研究領(lǐng)域的又一重要進(jìn)展。至此，研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)完成了整個(gè)核小體核心組蛋白（H3、H4、H2A、H2B）的全覆蓋突變體庫(kù)，為系統(tǒng)研究組蛋白修飾的表觀(guān)遺傳功能提供了完整的遺傳學(xué)工具。

這一研究成果不僅為深入理解染色質(zhì)調(diào)控機(jī)制提供了獨(dú)特的遺傳資源和研究平臺(tái)，還為探索組蛋白修飾在包括發(fā)育、生殖、免疫、癌癥等多種生理和病理過(guò)程中潛在的分子機(jī)制奠定了重要基礎(chǔ)。未來(lái)，這一平臺(tái)有望被廣泛應(yīng)用于表觀(guān)遺傳學(xué)、基因組學(xué)以及疾病研究，為人類(lèi)健康和疾病治療提供新的科學(xué)依據(jù)。

高冠軍課題組博士研究生孫昂揚(yáng)、碩士研究生位子龍以及博士研究生鄭杰為論文的共同第一作者。高冠軍和張雪迪（原課題組副研究員）為本文共同通訊作者。上海科技大學(xué)是該工作第一完成單位。

原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211124725014640