真核生物基因的转录主要分为转录起始（initiation）、暂停-释放（pausing-release）、延伸（elongation）和终止（termination）四个步骤，转录进程的顺利进行与DNA修饰、组蛋白修饰和RNA修饰等表观遗传修饰高度相关。组蛋白修饰（histone modification）是指组蛋白在相关酶催化下发生甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化和ADP核糖基化等动态修饰的过程，它可通过招募效应蛋白来改变染色质的开放或凝聚的状态，进而调控基因的表达。组蛋白H3第4位赖氨酸的甲基化修饰（H3K4）在进化上高度保守，是被研究最多的组蛋白修饰。
2023年3月15日，复旦大学生物医学研究院陈飞团队在Cell Research上发表了题为H3K4me2/3 modulate the stability of RNA polymerase II pausing的研究论文，发现H3K4me2/3在细胞内是通过维持暂停Pol II（paused Pol II）在近端启动子区的稳定而促进基因激活，而H3K4me2/3对转录起始没有明显的调控作用。本研究中涉及所有测序服务均由安诺优达提供。
研究结果
为了研究H3K4甲基化修饰对转录是否具有直接的调控作用，研究人员在小鼠胚胎干细胞（mESCs）中利用CRISPR-Cas9系统构建了FKBP12F36V-RBBP5和DPY30（RBBP5-dTAG和DPY30-dTAG）细胞系，通过对内源蛋白进行快速降解，发现随着蛋白降解时间的延长，约12-24小时可清除H3K4me3和H3K4me2，需要更长的时间才可能清除H3K4me1，表明H3K4me2/3相对于H3K4me1更加动态（图1）。ChIP-Rx结果显示蛋白降解6小时后H3K4me3在全基因组上的分布均显著降低，大部分H3K4me2在全基因组上的分布也显著降低，变化趋势与WB显示的结果一致。
图1 RBBP5蛋白快速降解后组蛋白修饰变化谱
为了探究H3K4me2/3的减少是否会影响转录，研究人员在蛋白降解不同时间的mRBBP5-dTAG小鼠胚胎干细胞系中进行Pol II ChIP-Rx，结果表明H3K4me2/3具有维持启动子区Pol II稳定的作用。为了回答H3K4me2/3具体维持哪类Pol II的稳定，研究人员用Triptolide处理RBBP5蛋白降解12小时后的细胞，发现PIC Pol II在启动子区的分布没有减少，揭示了H3K4me2/3具有维持启动子区暂停Pol II稳定的作用。
图2 H3K4me2/3对基因转录调控的作用
总结
长久以来，人们认为H3K4me3通过招募TFIID来促进转录起始复合物（PIC）的组装，进而促进基因转录。该工作利用小鼠胚胎干细胞模型研究了H3K4me2/3对基因转录的直接调控作用，回答了长期困扰领域的问题。发现H3K4me2/3不影响转录的起始或调控转录的暂停-释放，而是通过维持暂停Pol II在近端启动子区稳定的新颖机制来调控转录。为研究H3K4me2/3在细胞命运决定和病变进展的作用机制提供全新视角。
