撰文 | 林无隅

RNA能与各种染色质修饰蛋白结合，并对其进行调节。抑制性组蛋白甲基转移酶PRC2 （Polycomb repressive complex 2, PRC2）在RNA介导的调控下参与染色质修饰，PRC2是正常发育和维持谱系定型细胞转录程序所必需的。在分子水平上，PRC2向组蛋白H3（H3K27me3）的第27位赖氨酸引入三甲基修饰，这是维持基因处于抑制状态所必需的。

PRC2与细胞中的RNA相互作用，一方面，RNA抑制PRC2的组蛋白甲基转移酶活性，与核小体竞争与PRC2的结合，并从基因中去除PRC2。另一方面，RNA先将PRC2募集至染色体上，但对于 RNA如何调节PRC2的典型功能（包括染色质修饰和谱系定型细胞中转录程序的维持）尚未达成共识。EZH2作为PRC2的催化亚基，其功能受到RNA的调控，但RNA如何具体影响EZH2的功能尚不明确。

近日，澳大利亚维多利亚克莱顿莫纳什大学Chen Davidovich和Qi Zhang及其团队在Nature Genetics上发表题为Inseparable RNA binding and chromatin modification activities of a nucleosome-interacting surface in EZH2的文章，作者利用EZH2在RNA结合方面存在缺陷但依然具有甲基转移酶活性的的两个功能分离突变体，发现EZH2的部分RNA结合表面，通过与底物核小体相互作用是体外和细胞内组蛋白甲基化所必需的，但这种活性与RNA结合本身无关。

为了确定PRC2 RNA结合表面的功能，作者分析了之前研究中的EZH2突变体mt1和mt2，分别包含3个和10个非重叠氨基酸，并且都具有催化活性，但在RNA结合方面存在缺陷，随后作者表达并纯化了PRC2的核心复合物，定量RNA结合测定证实了mt1和mt2的RNA结合缺陷。mt1突变体在体外和细胞中表现出正常的染色质修饰活性，而mt2突变体在核小体和染色质中的修饰活性显著降低。

作者通过一系列体内试验和体外试验验证RNA结合表面与甲基化酶活性的相关性，结果发现EZH2的一部分RNA结合表面对于组蛋白尾部的甲基化是可有可无的，但对于体外染色质的修饰是必须的。在K562-Cas9细胞系中利用gRNA质粒表达载体进行WT和突变体的敲除和回补，药筛后用western blot、CUT&Tag和RNA-seq检测甲基酶活性以及结合染色质的序列，实验结果表明EZH2的一部分RNA活性对于维持细胞中的全局H3K27me3不是必须的，且CUT&Tag分析结果发现EZH2的RNA结合活性对于将 H3K27me3 沉积在抑制基因上来说是可有可无的。

由于PRC2在维持细胞转录程序中的重要功能，作者通过RNA-seq PCA分析发现RNA结合缺陷的EZH2依然可以维持谱系定型细胞中的转录程序，而PRC2 mt2突变体则展示出功能缺陷，说明PRC2的一部分RNA结合表面是维持转录程序所必需的，但不依赖于与RNA结合，结合PRC2结构学分析，猜测它可能通过与核小体的相互作用实现此功能。

为了验证上述猜想，接下来作者检测了两种RNA结合缺陷的EZH2突变体对PRC2染色质结合的影响。利用之前的Cas9系统，不同之处在于使用H3K27me3、SUZ12和EZH2抗体进行外源参考基因掺入（ChIP-Rx）的定量染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq），结果显示EZH2的底物核小体相互作用表面对于H3K27me3的正确沉积至关重要，而这又是转录抑制和PRC2结合染色质所必需的。

综上，EZH2的RNA结合表面在体外和细胞内对染色质修饰是必需的，mt1突变体在RNA结合上有缺陷，但在体外和细胞内仍然表现出正常的染色质修饰活性，mt2突变体在核小体和染色质中的修饰活性显著降低，表明该突变体的RNA结合表面对染色质修饰至关重要。机制上来说EZH2的RNA结合表面通过与底物核小体DNA的相互作用来实现其染色质修饰功能，而这种作用独立于RNA结合。

如上图所示，PRC2在组蛋白甲基化过程中使用其部分RNA结合表面与染色质相互作用（左上）。此时，RNA结合表面（而不是RNA结合活性）用于染色质相互作用。当PRC2不甲基化染色质时，EZH2可以使用其RNA结合表面与RNA相互作用（左下）。EZH2突变体影响细胞中H3K27me3沉积（蓝线）和转录调控（红线）中PRC2的典型功能的分子机制如右上图所示。

总而言之，作者发现尽管RNA在调控PRC2活性方面扮演复杂角色，但EZH2的RNA结合表面在染色质修饰中的作用是通过与核小体DNA的相互作用实现的，而不是通过RNA结合本身。这一发现有助于深入理解PRC2在染色质修饰和基因表达调控中的作用，也为解释PRC2在染色质修饰和基因表达调控中的功能提供了新线索。

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41588-024-01740-8