组蛋白H3赖氨酸14位甲基化的鉴定以及功能学研究

Histone methylation plays crucial role in epigenetic regulation of many biological processes. There are six well-known major lysine(K) methylation sites on histone H3 and H4, however, studies also have uncovered several other lysine methylation sites on Histone H3, including H3K14. H3K14 trimethylation (H3K14me3), noted previously in a couple of large-scale proteomics studies, has also been identified in several type of eukaryotic cells from our recent effort. However, its genome-wide distribution pattern, corresponding methyltransferase(s), and biological function are still lacking. In this proposal, We hypothesize that H3K14me3 represents a type of novel histone modification, carries unknown epigenetic information and plays its role through crosstalking with other modifications. In this study, we will determine whether all three forms of methylation exist on H3K14, analyze their functional relationship with other modifications and determine specific methyltransferase(s) that catalyzes the addition of methyl groups on this site. The completion of this study will reveal the biological function of H3K14 methylation and improve our knowledge on the regulatory system of histone methylation.

组蛋白甲基化是一类重要的表观遗传修饰，参与多种生物过程的调控。已知组蛋白H3和H4上主要有六个赖氨酸甲基化位点，但仍有部分位点尚未鉴定，功能不明确。我们的前期工作中发现在多类真核生物体内H3K14位点存在三甲基化修饰（H3K14me3），这一发现已在少量文献中偶有提及，但对于其基因组定位、调控酶和所发挥的生物学功能的理解仍处于空白。我们推测H3K14me3很可能携带有未知的表观遗传信息并与其它表观遗传修饰相互通话(crosstalk)从而发挥其功能。为了阐明对该位点甲基化修饰的功能及调控机制，本项目将研究细胞中该位点的三种甲基化状态，采用ChIP-seq确定H3K14甲基化在基因组上的定位特征，分析它们与其它表观遗传修饰的关系，并寻找该位点的甲基化酶。本课题将有助于揭开这类未知的组蛋白修饰的生物学功能并完善对组蛋白甲基化调控体系的理解。

组蛋白甲基化是一类重要的表观遗传修饰，参与多种生物过程的调控。已知组蛋白H3和H4上有六个主要赖氨酸甲基化位点，但研究发现H3上还存在多种次要赖氨酸甲基化修饰。由于这些次要位点的研究仍十分匮乏，我们在本项目中对H3K14的三甲基化修饰（H3K14me3）开展了一系列研究。我们首先获得了高特异性的H3K14me3的抗血清，在多种测试中该抗血清的特异性远远高于现有市面上的抗体。更重要的是，这只抗血清可用来对H3K14me3进行ChIP-seq试验。为了明确H3K14me3在未分化和分化细胞中的定位，我们在hESC和HEK293T中完成在基因组上的定位特征，分析了H3K14me3与其它表观遗传修饰的关系。我们发现H3K14me3在两种细胞中分布在上千个基因处，特别高度地富集在含有锌指结构域（ZNF）的基因处。我们还发现H3K14me3在HEK293T中富集在一千多个转录起始位点，与靶基因的转录活性正相关。在hESC中，H3K14me3分布与HEK293T十分不同，更多的分布在基因间区，与转录活性的正相关的趋势明显弱于HEK293T中的相关性。本课题将有助于揭开这类未知的组蛋白修饰的生物学功能并完善对组蛋白甲基化调控体系的理解。这部分研究成果正在投稿Protein&Cell。.发表综述一篇（Experimental and Molecular Medicine，IF 5.1）, 本项目的部分经费还使用在非组蛋白甲基化的研究项目中，有一项研究接近结束，文章正在撰稿中。