nucleolin调控组蛋白变体macroH2A的机制研究

Histone variant macroH2A regulates transcription, cell proliferation and DNA damage responses, but how macroH2A is regulated and assembled into chromatin remains elusive. Previous studies suggest a higher proportion of macroH2A-H2B dimers are mobilized from chromatin in nucleolin-knockdown cells. Our preliminary works indicate that expression level of nucleolin is highly correlated with macroH2A. Furthermore, nucleolin interacts with macroH2A. We identified an N-terminal acidic region of nucleolin that may be important for histone binding based on the modeling. Removing the acidic region, truncated nucleolin showed weaken interaction with macroH2A. Based on aforementioned results, this project intends to study how nucleolin regulates macroH2A. In this proposal, we will analyze how macroH2A's chromatin association regulated by nucleolin and its influence on the genomic distribution of macroH2A, revealing their interaction mechanism. Results of this project will provide novel insights into how histone variants are assembled into chromatin and its effects on function.

组蛋白变体macroH2A调控转录、细胞增殖以及DNA损伤应答等方面，对macroH2A是如何被调节并进入到染色质的机制却尚未明确。已有研究提示nucleolin的沉默引起更高比例的macroH2A-H2B二聚体从染色质解离。我们的前期工作表明nucleolin与macroH2A的表达水平高度相关并且存在相互作用。我们由建模结果推测出nucleolin的N端酸性区域形成潜在的组蛋白结合表面，而实验结果进一步表明了截短该区域会减弱与macroH2A的相互作用。基于此，本项目拟研究nucleolin调控组蛋白变体macroH2A的机制，明确nucleolin对macroH2A结合在染色质水平的调控及其对macroH2A在基因组定位的影响，探究两者的互作机理，以期为探索组蛋白变体如何被置入到染色质及其对功能的影响提供新的思路。

表观遗传因子协同转录调控进而影响细胞命运决定和个体发育。本项目拟研究的组蛋白变体macroH2A大量富集于失活的X染色体，它是如何被调控并进入到染色质亟待研究。在项目执行期间，有两篇文章分别报道了macroH2A被ATRX和AFLP置入和解离到染色质，与本项目的立意一致、内容类似。因此，我们在继续研究表观遗传因子及细胞命运决定的前提下，在项目执行中期汇报并选取了组蛋白去甲基化酶的KDM2B作为研究对象，探究它在人原始生殖细胞特化过程的作用和机制。.人原始生殖细胞（hPGCs，human primordial germ cells）是人生殖细胞种系最早的胚胎祖细胞，因为能传递遗传和表观遗传信息到子代而至关重要。人生殖细胞种系特化是人类生殖细胞发育的基本步骤，由于它在囊胚植入之后随即发生，因此研究该生物学过程在伦理和技术上存在困难和挑战。尽管体外由人胚胎干细胞（hESCs，human embryonic stem cells）特化而来的人原始生殖细胞样细胞（hPGCLC，human primordial germ cell-like cells）展现出hPGCs的复杂特征，但是hPGCLC特化的分子机制尚未完全阐明。本项目中，我们首先观察到组蛋白去甲基化酶KDM2B在男性胎儿生殖细胞（FGCs，fetal germ cells）而非体细胞的特异性表达。随后，我们分析得出KDM2B与hPGCs标志性基因具有相似的表达模式，提示KDM2B在生殖细胞发育中可能发挥重要作用。我们进而通过CRISPR-Cas9技术在hESCs中敲除了KDM2B，结果显示敲除KDM2B并不会影响hESCs的多能性，但是会降低H3K4me3和H3K36me2的修饰水平。我们进一步表明敲除KDM2B能够显著降低hPGCLC特化效率，而异位表达KDM2B有效地挽救了这一缺陷，明确了KDM2B影响hPGCLC特化的作用。以此为基础，我们解析了野生型和KDM2B敲除型在hPGCLC特化进程的转录组数据，揭示了KDM2B通过抑制体细胞相关基因的表达从而在hPGCLC特化中阻止其分化为体细胞命运的机制。综上所述，本课题阐明了KDM2B是hPGCLC特化中关键的表观遗传调控因子，为表观遗传因子如何协同转录调控进而影响原始生殖细胞命运决定和特化成熟的后续研究奠定了基础。.