Molecular Cell丨CRAMP1驱动连接体组蛋白表达，从而抑制多梳基因

摘要：组蛋白实现了将数米长的真核 DNA 包装成 10 μm 的细胞核，同时确保 DNA 在转录、复制和修复过程中仍然可以被访问。在核小体 DNA 包装中，四种核心组蛋白分别为 H2A, H2B ， H3 和 H4 ，但连接组蛋白（ H1 ）的功能仍旧没

撰文丨我的闺蜜老红帽

组蛋白实现了将数米长的真核 DNA 包装成 10 μm 的细胞核，同时确保 DNA 在转录、复制和修复过程中仍然可以被访问。在核小体 DNA 包装中，四种核心组蛋白分别为 H2A, H2B ， H3 和 H4 ，但连接组蛋白（ H1 ）的功能仍旧没有研究透彻。

与核心组蛋白不同， H1 是体外 DNA 的染色质动态变化过程的必需因素。虽然在没有连接组蛋白的情况下，核小体阵列仍然组装成 “ 串珠 ” 的构象【1】。由于 H1 能够结合核小体 DNA 进入 / 退出位点，并将核小体阵列浓缩成 “30 nm 纤维 ”【2，3】，组蛋白 H1 一直被认为是异染色质的一般成分【4】。然而，在单细胞和多细胞生物中，组蛋白 H1 的体内消耗会导致特定基因亚型的抑制【5，6】，而这一现象与 “ 连接组蛋白是异染色质 ” 的概念相矛盾。

多种 H1 亚型和变异的存在使体内连接体组蛋白的研究更为复杂。在小鼠和人类中，有 11 个基因编码 H1 亚型： 7 个是体细胞的（ H1.1-H1.5 ，加上 H1.0 和 H1X ）， 3 个是睾丸特异性的（ H1t ， H1T2 和 HILS1 ），一个仅限于卵母细胞（ H 1o o ）【4】。在体细胞 H1 亚型中， H1.1 到 H1.5 被认为是 “ 复制依赖型 ” ，因为它们的表达在 s 期增加，而 H1.0 和 H1X 变体被认为是 “ 复制独立型 ” ，因为它们在整个细胞周期中表达。单独或双敲除 H1 基因（ H1.0, H1.2, H1.3 或 H1.4 ）不会明显干扰小鼠的发育，但研究来自 H1.2/H1.4 双敲除小鼠的生发中心 B 细胞，发现小鼠的染色质区室化（ chromatin compartmentalization ）和转录抑制存在缺陷。在缺乏组蛋白 H1.2 、 H1.3 和 H1.4 的三重敲除细胞中也存在异常表型，即小鼠胚胎干细胞的转录谱几乎没有变化，但在 CD8 T 细胞中观察到数千个基因受到抑制。但是，因为目前缺乏同时敲除所有连接蛋白的细胞模型，所以 H1 机制进展仍然十分缓慢。

近期，来自英国 University of Cambridge 的Iva A. Tchasovnikarova研究组在Molecular cell上发表题为CRAMP1 drives linker histone expression to enablePolycombrepression的文章，发现H1激活因子CRAMP1的清除导致连接体组蛋白不足，从而抑制多梳基因抑制复合体2（ Polycomb repressive complex 2 ，PRC2）靶基因的下调。

多梳蛋白家族（ Polycomb -group ， PcG ）是染色质调节的关键因子，通过抑制谱系基因来决定细胞命运。通过哺乳动物中 PcG 蛋白的生化表征，学界已经确定了多个多梳蛋白抑制复合物，包括 PRC1 和 PRC 2 。 PRC1 和 PRC 2 都包含多个亚基。 PRC1 复合物是通过组蛋白 H2A 在 Lys119 (H2AK119ub1) 的单泛素化来发挥功能，而 PRC2 复合物是通过组蛋白 H3 在 Lys27 （ H3K27me3 ）的三甲基化来行使抑制作用。

作者之前构建了对 PRC2 亚基 SUZ12 缺失有反应的荧光报告细胞系，并发现破坏 PRC2 的三个核心亚基中的任何一个，都会导致报告基因抑制；但是破坏 PRC2 的核心亚基却没有类似表型。为了确定 PRC2 功能以及调控因素，作者利用报告克隆进行全基因组 CRISPR-Cas9 遗传筛选，并将目光集中在以下三个分子：组蛋白 H1 亚型 HIST1H1E （编码组蛋白 H1.4 ）， PRC2.1 辅助因子 MTF2 和 CRAMP1 ，其中， CRAMP1 功能未知。

接下来，作者发现 CRAMP1 定位于表达 H1 基因的启动子，并积极调节其转录。尽管 CRAMP1 与编码核心组蛋白和连接组蛋白的基因启动子结合，但是 CRAMP1 是驱动 H1 基因完全表达所必需的，是组蛋白基因调控机制的核心组成部分。

为了进一步研究连接蛋白和 PRC2 之间的关系，作者试图确定在多个细胞模型中表达的 H1 亚型的基因组分布。作者发现，连接体组蛋白不具备异染色质的一般特征，而是主要与 H3K27me3 标记的染色质相关。CRAMP1敲低导致所有H1亚型和变体同时缺失，导致H3K27me3标记位点的选择性分解和PRC2靶基因的抑制，而不伴随PRC2占用或酶活性的丧失。

综上所述，作者发现CRAMP1是连接蛋白基因表达的关键激活因子。在不同的细胞类型中，连接蛋白H1优先定位于H3K27me3标记的基因组位点。清除CRAMP1导致H1不足和PRC2靶基因的下调。作者的工作展示了连接蛋白在PRC2的表观遗传抑制中所起的重要作用。

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制版人：十一

参考文献

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2. Thoma , F., and Koller, T. (1977). Influence of histone H1 on chromatin structure.Cell12 , 101 – 107. https://doi.org/10.1016/0092-8674(77) 90188-x.

3. Renz, M., Nehls , P., and Hozier, J. (1977). Involvement of histone H1 in the organization of the chromosome fiber.Proc. Natl. Acad. Sci. USA74 , 1879 – 1883. https://doi.org/10.1073/pnas.74.5.1879.

4. Prendergast, L., and Reinberg , D. (2021). The missing linker: emerging trends for H1 variant-specific functions.Genes Dev.35 , 40 – 58. https:// doi.org/10.1101/gad.344531.120.

5. Sancho, M., Diani, E., Beato , M., and Jordan, A. (2008). Depletion of hu- man histone H1 variants uncovers specific roles in gene expression and cell growth.PLoSGenet. 4 , e1000227. https://doi.org/10.1371/journal . pgen .1000227.

6. Bhan , S., May, W., Warren, S.L., and Sittman , D.B. (2008). Global gene expression analysis reveals specific and redundant roles for H1 variants, H1c and H1(0), in gene expression regulation.Gene414 , 10 – 18. https:// doi.org/10.1016/j.gene.2008.01.025.

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