和孩子们期盼圣诞节的到来一样，胚胎干细胞也处在一个长久期盼的状态。因此它们必须平衡快速变成更加特殊细胞类型的能力，并抑制伴随而来的细胞混乱的过早发生。斯坦福大学医学院的科学家已经识别了一个重要的成分叫Jarid2，其对这种平衡行为来说很重要，能将其他的调控蛋白募集到参与分化的基因上，同样还能调节干细胞的活性使其保持在准备就绪状态。
理解相关基因的靶向以及干细胞仍然处于准备就绪状态的机制是胚胎干细胞研究领域的热门话题。生化和系统生物学助理教授Joanna Wysocka介绍说，这项研究对这些问题做了解释，相关研究结果发表在2009年12月24日的Cell上。
Jarid2通过一个叫PRC2的蛋白复合物执行功能，而PRCs能通过修饰DNA包装蛋白，即组蛋白保持基因沉默。将DNA用组蛋白包裹有助于其适应小空间，并在恰当的时候执行功能。这是因为当被包裹的时候，基因不能转变成蛋白执行细胞的功能。PRC2增加了一个“在圣诞节打开”的分子标签以确保DNA保持在包裹状态，直到需要的时候才打开。
在许多类型的细胞中，PRC2是调控发育相关重要基因的表达所必需的。Wysocka和他的同事希望能够了解其在胚胎干细胞中的工作机制。当他们观察老鼠的胚胎干细胞时，发现几乎所有的PRC2都绑定到一个叫Jarid2的蛋白上，相比于在非干细胞中，该蛋白在胚胎干细胞中存在更普遍。
先前的研究表明，Jarid2是一个对发育来说很重要的蛋白，但是它在胚胎干细胞的角色还不是很清楚。斯坦福大学的研究人员发现在老鼠和人类胚胎干细胞中，PRC2和Jarid2的联合加强了组蛋白到DNA的绑定。当减少细胞中Jarid2的数量时，PRC2几乎不能绑定到DNA上，细胞开始提前产生蛋白。这就表明了Jarid2在干细胞分化中的重要作用。
这是一个重要的发现，研究人员介绍说，当Jarid2和募集的PRC2绑定到DNA上时，能调节其修饰组蛋白的能力，研究同样表明，Jarid2/PRC2复合物能抑制基因表达。研究人员相信，这种PRC2活性的微调，能允许细胞周密地调控准备就绪的程度，其主要通过不断的解包和基因的表达。
研究人员在青蛙的胚胎中证实了他们的发现，试验表明，缺失Jarid2的胚胎不能完成非常重要的胚胎发展阶段--原肠胚形成。
就如研究人员预料的，没有Jarid2的胚胎干细胞，能够保持已经准备就绪的基因沉默。接下来研究人员计划对Jarid2召集PRC2并绑定到胚胎干细胞中特殊的分化基因上的机制以及如何影响基因表达作进一步的探索。研究人员表示，这些研究或许对人类的癌症同样有用，因为PRC2在一些癌症中是上调的。
生物谷推荐原始出处：
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 Occupancy in Pluripotent Cells
Jamy C. Peng1, Anton Valouev2, Tomek Swigut1, Junmei Zhang5, Yingming Zhao6, Arend Sidow2, 3 and Joanna Wysocka1, 4, ,
1 Department of Chemical and Systems Biology, Stanford University School of Medicine, Stanford, CA 94305, USA
2 Department of Pathology, Stanford University School of Medicine, Stanford, CA 94305, USA
3 Department of Genetics, Stanford University School of Medicine, Stanford, CA 94305, USA
4 Department of Developmental Biology, Stanford University School of Medicine, Stanford, CA 94305, USA
5 Protein Chemistry Technology Center, University of Texas Southwestern Medical Center, Dallas, TX 75390, USA
6 Ben May Department for Cancer Research, University of Chicago, Chicago, IL 60637, USA
Polycomb Repressive Complex 2 (PRC2) regulates key developmental genes in embryonic stem (ES) cells and during development. Here we show that Jarid2/Jumonji, a protein enriched in pluripotent cells and a founding member of the Jumonji C (JmjC) domain protein family, is a PRC2 subunit in ES cells. Genome-wide ChIP-seq analyses of Jarid2, Ezh2, and Suz12 binding reveal that Jarid2 and PRC2 occupy the same genomic regions. We further show that Jarid2 promotes PRC2 recruitment to the target genes while inhibiting PRC2 histone methyltransferase activity, suggesting that it acts as a “molecular rheostat” that finely calibrates PRC2 functions at developmental genes. Using Xenopus laevis as a model we demonstrate that Jarid2 knockdown impairs the induction of gastrulation genes in blastula embryos and results in failure of differentiation. Our findings illuminate a mechanism of histone methylation regulation in pluripotent cells and during early cell-fate transitions.
