2010年生命科学最新文献简述系列之一

自干细胞研究兴起以来，干细胞的自我维持以及分化机制一直是最为引人入胜却又最富挑战的难题。尽管困难重重，科学家们一直在努力从各个方面探索干细胞是如何利用并控制自身的基因表达网络完成自我命运的控制。

组蛋白甲基化（methylation）水平的调控是细胞内基因表达以及染色质结构控制系统中一个至关重要的环节，而组蛋白甲基化酶(methylases)与去甲基化酶(demethylase)正是控制这一水平的两刃利器。探索组蛋白甲基化酶与去甲基化酶在干细胞在自我维持及分化中说扮演的重要角色，正逐步成为表观遗传学和干细胞研究的热点。其中含Jumonji C（JmjC）结构域，具有组蛋白去甲基化酶活性的Jumonji蛋白家族成员和具有组蛋白甲基化酶活性的PRCs (Polycomb repressive complexs)分别作为组蛋白去甲基化酶与甲基化酶的代表，业已引起科学家们的高度关注。

在甲基化和去甲基化天平的两端，细胞是如何表演出炫目的舞蹈？近期分别发表于Cell和Nature 杂志的三篇文章为这一问题的回答提供了进一步的线索。三个分别来自美国（Joanna Wysocka研究组和Stuart H. Orkin研究组）和丹麦（Kristian Helin研究组）的研究群体把目标锁定在了相同的靶标Jarid2和PRC2。

三个研究组都从分析胚胎干细胞（ESc）中PRC2复合物的组成出发，鉴定出一个新的复合物成员­——Jarid2，它属于Jumonji蛋白家族中JARID亚家族的成员。有趣的是，由于Jarid2结构的特殊性，目前研究显示，它并不具有组蛋白去甲基化酶活性，因此也不像其他家族成员一样引起重视。恰恰就是这样一个“非主流”成员，此次成为了主角。尽管结果中存在一定的差异，三个研究组都进一步利用CHIP-Seqence 分析ESc Genome，结果显示Jarid2与PRC2结合到高度相似的ESc基因靶序列上，如果降低其中一方在细胞中的蛋白质水平，都会影响到对方在这些靶序列靶序列上的结合，影响一个重要的组蛋白甲基化标签H3K27me2/3水平的变化，进而实现对下游基因表达的调控。三个小组还各自利用不同的模式系统探索了Jarid2与PRC2发挥的生物学功能，Kristian Helin研究组证实两者对ESc的分化至关重要；Stuart H. Orki研究组发现缺失Jarid2，可能导致胚胎干细胞自我更新与分化间的平衡被打破，影响胚胎干细胞的正常功能的维持；Joanna Wysocka研究组证实缺失Jarid2的爪蟾胚胎不能完成非常重要的胚胎发展阶段——原肠胚的形成。

这三个独立的研究工作为我们深入认识Jumonji 家族和Polycomb家族成员之间的crosstalk以及干细胞自我维持以及分化机制提供了具有启发性的信息，同时也为细胞命运决定过程中表观遗传学的意义提供了一个生动的注解。

1. Cell, 24 December 2009 doi:10.1016/j.cell.2009.12.003

Jumonji Modulates Polycomb Activity and Self-Renewal versus Differentiation of Stem Cells

Xiaohua Shen1, Woojin Kim1, Yuko Fujiwara1, Matthew D. Simon5, Yingchun Liu4, Matthew R. Mysliwiec6, Guo-Cheng Yuan4, Youngsook Lee6 and Stuart H. Orkin1, 2, 3

2. Cell, Volume 139, 24 December 2009 doi:10.1016/j.cell.2009.12.002

Jarid2/Jumonji Coordinates Control of PRC2 Enzymatic Activity and Target Gene ccupancy in Pluripotent Cells

Jamy C. Peng1, Anton Valouev2, Tomek Swigut1, Junmei Zhang5, Yingming Zhao6, Arend Sidow2, 3 and Joanna Wysocka1, 4

3. Nature advance online publication 14 January 2010 | doi:10.1038/nature08788; Received 28 July 2009; Accepted 5 January 2010; Published online 14 January 2010

JARID2 regulates binding of the Polycomb repressive complex 2 to target genes in ES cellsnear-final version

Diego Pasini1,2,5, Paul A. C. Cloos1,2,6, Julian Walfridsson1,2,6, Linda Olsson1,2, John-Paul Bukowski1,2, Jens V. Johansen1, Mads Bak3, Niels Tommerup3, Juri Rappsilber4 & Kristian Helin1,2

科技处主办 张宁翻译  梅品超审校

2010年1月29日