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核酸研究。2007年4月;35(7): 2428–2439.
2007年3月28日在线发布。 数字对象标识:10.1093/nar/gkm175
PMCID公司:下午1874646
PMID:17392337

Ccr4-Not复合物对组蛋白H3K4三甲基化和PAF复合物募集的调节

摘要

有效的转录与染色质的修饰有关。例如,组蛋白H3(H3K4)上赖氨酸4的三甲基化与转录活性密切相关,并受Bur1/2激酶复合物调节。我们发现进化上保守的Ccr4-Not复合物参与了H3K4三甲基化的建立酿酒酵母。我们观察到Ccr4-Not组分与打嗝1BUR2(燃烧室2)进一步分析表明,编码Not-proteins的基因对H3K4me3的有效调节至关重要,但对H3K4me1/2、H3K36me2或H3K79me2/3水平的有效调节则不然。此外,H3K4me3水平的调节编号4与RNA聚合酶II装载缺陷无关。我们发现编号4对组蛋白H2B通过PAF复合物的募集而进行的泛素化很重要,但对Bur1/2复合物的招募或激活不重要。这些结果表明,Ccr4-Not复合物通过PAF复合物招募促进H3K4me3的作用机制与Bur1/2激酶平行或下游。

简介

真核生物的高效转录需要RNA聚合酶II(pol II)转录机制和调节染色质修饰的因子之间的相互作用(综述见:1). 组蛋白H3(H3K4)上赖氨酸4的三甲基化以共转录方式发生(2)与转录活性密切相关(). 酵母中的Set1p组蛋白甲基转移酶(HMT)复合物介导H3K4甲基化(4–7). 近年来,已确定了进行此修改所需的几个因素。现在很明显,组蛋白H2B的泛素化对于Set1p对H3K4的甲基化是必要的(8,9)和H3K79的Dot1p(10). Bre1p-Rad6p E3-E2对介导H2B泛素化(11,12).

Bur1/2激酶复合物参与转录延伸。这个CDK–cyclin对可以磷酸化pol II最大亚单位的C末端结构域(CTD)在体外(13),但它似乎没有促进CTD磷酸化体内(14). 这种激酶复合物是H2B泛素化和H3K4三甲基化所必需的(15)可能涉及Rad6p的直接磷酸化(16). 有趣的是,H3K4的单甲基化和双甲基化不受BUR1/2(燃烧室1/2)突变(15). 与Bur1/2复合物一样,PAF复合物与转录延伸有关,对有效的H2B泛素化和H3K4甲基化至关重要,但对Rad6p的补充不重要(17,18). PAF复合物由五个亚基(Paf1p、Rtf1p、Ctr9p、Leo1p和Cdc73p)组成,并与pol II相互作用(19,20).BUR2(燃烧室2)是PAF复合物有效补充染色质所必需的,但其发生机制尚不清楚(15,16).

进化上保守的Ccr4-Not复合物由九个核心亚单位组成,与mRNA生产和加工的各个步骤有关(综述见:21,22). 编码非蛋白的基因(编号1-5)最初被鉴定为转录起始的负调控因子。观察到不是基因抑制对温度敏感的等位基因SRB4级(23),编码介体辅激活物复合体的一个基本亚单位(24). 然而,各种报告也表明Ccr4发挥了积极作用(25–27). 例如,这种复合物是转录注册护士DNA损伤或复制应激后的基因(27). 已经描述了Ccr4-非复杂组分与转录起始和延伸因子的遗传和物理相互作用(综述见:21,22). 除此之外,Ccr4p和Caf1p代表酵母中主要的mRNA死亡酶(28).

为了进一步研究Ccr4-Not复合物的作用,我们进行了全基因组筛查,以发现非必需基因缺失突变体,该突变体显示与缺失编号4在这里,我们描述了Ccr4-Not complex与BUR2(燃烧室2)BUR1(燃烧室1)。我们发现不是基因需要特别促进H3K4的三甲基化,而不是单甲基化或双甲基化。删除编号4降低组蛋白H2B泛素化和PAF复合物募集,但不影响Bur1/2的激活或募集。综上所述,我们的结果显示了Ccr4-Not复合物在染色质修饰中的新作用,并提出了其促进转录正调控的机制。

材料和方法

酵母遗传学、培养基和质粒

本研究中使用的酵母菌株及其相关基因型如表1通过PCR产物的同源重组构建敲除、TAP-和mycAVI标记菌株,并通过PCR、表型和/或western blot分析进行验证。细胞常规培养在缺乏适当氨基酸的YPD或SC培养基中。这个镀锌1-之前已经描述过LacZ融合和pGR422质粒(29,30). 基于pRS306的编号4整合向量之前已出版(27).

表1。

酿酒酵母本研究中使用的菌株

应变基因型来源
BY4741公司MATa公司his3Δ1 leu2Δ0 met15Δ0 ura3Δ0欧洲SCARF
57公里与BY4741同基因,但not3:KanMX欧洲围巾
58公里与BY4741同基因,但not4:KanMX欧洲SCARF
公里59与BY4741同基因,但不是5:KanMX欧洲SCARF
60公里与BY4741同基因,但咖啡馆1:KanMX欧洲SCARF
KMY61型与BY4741同基因,但caf40:KanMX欧洲SCARF
KMY62型与BY4741同基因,但caf130:KanMX欧洲围巾
107公里与BY4741同基因,但ccr4:KanMX欧洲SCARF
108公里与BY4741同基因,但咖啡馆4:KanMX欧洲SCARF
109公里与BY4741同基因,但caf16:KanMX欧洲SCARF
110公里与BY4741同基因,但caf120:KanMX欧洲SCARF
MY1年MATa公司ura3-52,trp1-Δ1,leu2::PET56 gal2 gcn4-Δ1(48)
102公里与MY1同源,但不是1-1M.Collart的礼物
114公里与MY1同源,但不是1-2M.Collart的礼物
103公里与MY1同源,但not2:KanMXM.Collart的礼物
104公里与MY1同源,但not3:KanMXM.Collart的礼物
KMY97型与MY1同源,但注4:KanMXM.Collart的礼物
105公里与MY1同源,但不是5:KanMXM.Collart的礼物
W303-1B型材料αleu2-3112他的3-11 trp1-1可以1-100 ade2-1 ura3-1(52)
KMY2(公里2)与W303-1B同源,但not4:KanMX(53)
UCC7164型MATa公司ade2Δ::hisG his3Δ200 leu2Δ0 lys2Δ0 met15Δ0 trp1Δ63 ura3Δ0 ade2-TEL-VR adh4::ura3-TEL-VIILF.van Leeuwen的礼物
UCC7183号与UCC7164同基因,但点1:KanMXF.van Leeuwen的礼物
KMY81型与UCC7164同基因,但not4:KanMX这项工作
161公里与BY4741同基因,但bur2:KanMX欧洲SCARF
162公里与BY4741同基因,但spp1:KanMX欧洲SCARF
YSB787型MATa公司bur1:HIS3 ura3-52 leu2Δ1 trp1Δ63 HIS3Δ200 lys2Δ202(pRS316-bur1)(14)
140公里与YSB787同源,但not4:KanMX这项工作
40公里MATαmfa1Δ::MFA1pr-HIS3 HIS3Δ1 ura3Δ0 lys2Δ0 can1Δnot4:ura3这项工作
133公里非4:LEU2 CTR9-HA6:TRP1,YJJ1753 X分离器非4:LEU2(KMY73)这项工作
136公里与KMY133同基因,但not4:LEU2::not4:URA3这项工作
YZS276型hta1-htb1Δ::LEU2 hta2-htb2ΔHTA-Flag-htb1:HIS3(9)
YZS277型与YZS276同基因,但HTA标志-htb1-K123R(9)
YNL019号与YZS276同基因,但not4Δ:KanMXB.Strahl的礼物
YSB770型MATa公司BUR1-HA3:TRP1 ura3-52 leu2Δ1 TRP1Δ63 his3Δ200 lys2Δ202(14)
YSB813型MATa公司BUR2-HA3:TRP1 ura3-52 leu2Δ1 TRP1Δ63 his3Δ200 lys2Δ202(14)
1999公里与YSB770同基因,但not4Δ:KanMX这项工作
KMY41型与KMY2同基因,但非4L35A:URA3(29)
200公里与YSB813同源,但not4Δ:KanMX这项工作
KMY201型材料αmfa1Δ::MFA1pr-HIS3 bur2Δ:URA3 HIS3Δ1 URA3Δ0 lys2Δ0 can1Δ这项工作

表型分析

在这里,在SC-U−/+6-氮杂尿嘧啶(6-AU)(100μg/ml)或SC−/+5FOA(0.1%)。对于6-AU敏感性分析,用pRS316转化细胞。3-4天后评估30°C下的生长情况。

体内伸长率测定

镀锌1-LacZ质粒在含有2%棉子糖的SC-U培养基中培养过夜,收集后转移到含有2%半乳糖的培养基中。在指定的时间点采集样本。如前所述进行RNA提取和northern blot分析(27). 使用Redi-prime II试剂盒(Invitrogen)对跨越ORF的PCR产物探针进行放射性标记。

蛋白质印迹和抗体

从YPD中生长的细胞中提取样品,并按照前面所述制备提取物(31). 蛋白质用SDS-PAGE分离,western blot分析。从Abcam中获得了抗H3K4me1(Ab8895)、H3K4me2(Ab7766)、H3 K4me3(Ab8580)、H3C79me3(Ab2621)和H3的C末端(Ab1791)的抗体。H3K36me2(#07–369)和H3K79me2(#107–366)抗体来自Upstate Biotechnology。TBP抗血清是P.a.Weil赠送的一份礼物。使用H5和H14抗体检测RNA pol II CTD的丝氨酸2、丝氨酸5磷酸化形式。使用CTD特异性抗体8WG16检测RNA pol II。用IgG-过氧化物酶结合物检测TAP标记蛋白。使用抗HA标签(12CA5和3F10)或FLAG标签(M2,西格玛)的抗体分别检测Ctr9 HA、Bur1 HA、Bur2 HA和FLAG-H2B。免疫印迹图2使用ImageQuant软件对B进行量化,并将其表示为总H3水平归一化后的WT分数。

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具体要求不是用于全局H3K4三甲基化的基因。(A类)组蛋白H3K4的单、二和三甲基化水平在基于对数增长的BY4741的裂解液中测定CCR4-非基因缺失菌株。通过SDS-PAGE(15%)分离指示菌株的蛋白提取物,并使用H3K4me1-、H3K4me2-和H3K4-me3-特异性抗体进行免疫印迹。TBP水平被确定为负荷控制。(B类)基于MY1不是使用突变菌株测定H3K4me2、H3K4me3和总H3水平,如(A)所示。使用ImageQuant软件量化H3K4me3和H3K4me2水平,并在归一化到总H3水平后表示为相对于WT。(C类)BY4741中H3K4me2和H3K4me3水平的直接比较,不是4Δ,不是5Δ和spp1型Δ应变。按照(A)进行分析。(D类)所示BY4741缺失菌株中的H3K79me2和H3K79 me3水平。按照(A)进行分析。(E类)使用菌株进行沉默分析,包含URA3公司在7号染色体左臂的端粒区域,缺乏编号4DOT1公司。在SC板或含有5FOA的SC板上以5倍连续稀释液发现细胞。

染色质免疫沉淀(ChIP)

细胞培养和提取物制备基本上按照前面所述进行,只需稍作修改(27). 简言之,蛋白A偶联琼脂糖珠与上述抗体孵育30在4°C下至少培养2分钟,清洗,然后用交联细胞提取物培养2–3分钟4°C时为h。清洗珠子,洗脱DNA,并在65°C下翻转交联剂过夜。使用PCR纯化试剂盒(Qiagen)分离DNA,并通过SYBR-绿色定量PCR分析。使用涂有链霉亲和素的Dyna-bads(Dynal)纯化Not4-mycAVI,并在反向交联之前经受严格的洗涤条件(TE中的3%十二烷基硫酸钠)。如上所述进行了进一步分析。数据表示为输入的百分比,HMR位点的一个区域作为控制。

Northern印迹分析和逆转录酶qPCR

如前所述进行RNA提取和Northern印迹(27). 根据制造商的方案,使用等量的总RNA,使用随机六聚体和SuperScript II试剂盒(InVitrogen)制备cDNA。使用基因组DNA稀释序列通过SYBR-绿色定量PCR分析确定cDNA水平。

串联亲和纯化

TAP-抗原介导的蛋白质纯化基本上如所述进行(32). 简单地说,20l YPD培养物生长至OD600~2-3,在E缓冲液中洗涤和裂解(20mM HEPES-KOH pH值8350mM氯化钠、10%甘油、0.1%吐温-20)。在Beckman 50.2Ti转子(45000下午,45最小值,4°C)。一等分的裂解液被用于200多个样品的纯化μl IgG琼脂糖柱(IgG-sepharose快速流动,Pharmacia)。蛋白质通过在4°C下旋转2次而结合h,然后用35清洗ml E缓冲液和10ml TEV蛋白酶裂解缓冲液(10mM Tris-HCl pH值8150mM氯化钠,0.1%吐温-20,0.5mM EDTA和1mM DTT)。TEV蛋白酶(100U) 卵裂在118°C下2 mlh.TEV洗脱液结合到100结合缓冲液(10)中的μl钙调蛋白亲和树脂(Stratagene)mM Tris pH值8150mM氯化钠,1mM氧化镁,1mM咪唑,2mM氯化钙2,0.1%吐温-20,10%甘油和10mMβ-巯基乙醇)在4°C下旋转1次h.用25-ml结合缓冲液清洗柱,并在洗脱缓冲液(10)中回收结合蛋白mM Tris-HCl pH值8150mM氯化钠,1mM氧化镁,1mM咪唑,2mM EGTA、0.1%吐温-20、10%甘油和10mMβ-巯基乙醇)。如前所述,沉淀一部分纯化蛋白(33)在4–12%SDS-PAGE梯度凝胶(NuPage,Invitrogen)上分离,用Biosafe(BioRad)染色,并进行质谱分析。

串联质谱法

考马斯染色条带的凝胶内蛋白水解消化基本上如所述进行(34),使用胰蛋白酶(罗氏)。样品经过纳米流液相色谱(安捷伦1100系列),并在C18预柱(100μm内径,2厘米)。在分析柱上分离肽(75μM内径,20cm)流速为200nl/min,60最小线性乙腈梯度为0至80%。LC系统直接连接到QTOF微型串联质谱仪(英国Micromass Waters)。从400到1200进行了调查扫描a.m.u./s和前体离子在MS/MS模式下以150计数的阈值进行测序。使用Proteinx Global Server 2.1版(英国Micromass)或MASCOT软件(Matrixscience)针对SWISPROT和NCBI非冗余数据库处理数据并进行数据库搜索,前体离子和碎片离子的质量容限均为0.25-Da。通过手动解释光谱,确认了识别的肽。

体外甲基化测定

Set1p复合物(10-20μl TEV洗脱液)或不是4Δ细胞与10μg纯化组蛋白(Sigma)或2.5μg H3K4(甲基化)尾肽(分别为Abcam、Ab7228、Ab1340、Ab7768和Ab1342),1.5微居缓冲液中的H-S-腺苷蛋氨酸(50mM Tris-HCl pH值8,10mM氯化镁2和10mMβ-巯基乙醇)在30°C下保持30用SDS-PAGE分离后,将凝胶干燥并暴露在X射线胶片上。

结果

Ccr4-Not和Bur1/2复合物在遗传上相互作用

为了更深入地了解Ccr4-Not复合物的功能,我们进行了一项全基因组调查,以发现与编号4我们通过RNA聚合酶II(K.W.M.、A.I.和H.T.M.T.,提交出版)鉴定了与转录延伸相关基因的几种相互作用。最引人注目的是编号4BUR2(燃烧室2).随后的四分体双缺失分析打嗝2和Ccr4-Not组分显示了与编号2CCR4型,但不包括编号3,CAF40CAF130型(图1A) ●●●●。值得注意的是,Bur2p的细胞周期蛋白依赖性激酶伙伴Bur1p编码基因的缺失导致了强烈的生长缺陷,该菌株在用于基因筛查的文库中没有出现。为了测试编号4BUR1(燃烧室1)我们以一种直接的方式引入了一种基于质粒的WT或温度敏感突变体BUR1(燃烧室1)(布尔1-23)成为其中之一编号4不是4Δ应变,其中BUR1(燃烧室1)表示为URA3公司质粒(pRS316)。质粒洗牌分析表明编号4布尔1-23(图1B) 。

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Ccr4-非复杂成分与BUR1(燃烧室1)BUR2(燃烧室2)并在转录延伸中发挥作用。(A类)四分体分析毛刺2Δ(KMY201)和BY4741 Ccr4-未删除或不是4Δ(KMY40)BY4741毛刺2Δ二倍体。圆圈表示双敲除菌株。指出了获得的单倍体菌株的相关基因型(B类)质粒混洗分析布尔1-23不是4Δ含有pRS316的双突变菌株-BUR1(燃烧室1)在这里,在SC和含有0.1%5FOA的SC上发现所指示菌株的10倍系列稀释液。(C类)6-偶氮嘧啶敏感性试验。这里,在含有6-AU(100)的SC-U和SC-U上发现了指示菌株的10倍连续稀释液μg/ml)。(D类)体内一个富含GC的长报告子的转录延伸分析。BY4741和不是4Δ(KMY58)菌株经GAL1pr公司-LacZ质粒(pGR422)在含有棉子糖的培养基中生长,并转移到含有半乳糖的培养液中培养0、45和90LacZ和内源性的min.Northern blot分析镀锌1以18S rRNA为对照进行mRNA检测。

考虑到发现Bur1/2复合物在转录延长中起作用(13,14),不是4Δ和打嗝2Δ菌株首先测试对6-AU的敏感性。与将Ccr4-Not complex与转录延伸联系起来的观察结果一致(25),缺少单元格编号4BUR2(燃烧室2)对6-AU敏感(图1C) ●●●●。令人惊讶的是,在Ccr4-Not基因缺失的6-AU敏感性和与BUR2(燃烧室2)(25). 这表明这种合成致命性可能是由于转录延伸缺陷造成的。为了扩展这些观察结果,我们研究了编号4用于长且富含GC的报告基因的转录。这个实验装置以前曾被用于研究转录延伸缺陷(29,35).图1D显示缺乏细胞编号4,的镀锌1-启动子驱动的LacZ报告基因转录效率低下,而内源性镀锌1该基因表达到WT水平。综上所述,这些实验表明,Ccr4-非复杂成分在遗传上与两者相互作用打嗝2BUR1(燃烧室1)并证实了这种复合物在转录延伸中的作用(25).

高效的H3K4三甲基化依赖于Ccr4-不复杂

Bur1/2复合物与H3K4的三甲基化调控有关(15,16). 两者之间的遗传相互作用NOT4、BUR2BUR1(燃烧室1)促使我们通过使用特定抗体分析H3K4me1、H3K4me2和H3K4-me3的全球水平,来研究Ccr4-Not复合物在这一过程中的参与。删除的菌株编号4编号5H3K4三甲基化显著减少,但单甲基或双甲基化没有减少(图2A) ●●●●。然而,删除编号3,CCR4或任何Ccr4相关因素(CAF公司s) 没有产生这种效果(图2A) ●●●●。值得注意的是CCR4-非基因缺失表型在否3Δ电池(26,27;图1A和数据未显示)。

为了扩展这些观察结果编号1基因和其他基因的缺失不是分析了不同遗传背景下的基因。在允许的条件下不是1等位基因显示H3K4me3总体水平明显下降(定量结果显示降低了50-70%),而这些细胞的生长没有受到影响。此外,删除编号2、编号4编号5H3K4me3水平降低(86-94%降低;图2B) ●●●●。相反,在这些菌株中只观察到H3K4me2水平略有下降(图2B) ●●●●。据报道,缺乏Spp1p的Set1p复合物不能三甲基化H3K4(36,37). 我们发现删除了编号4编号5导致H3K4me3水平相当于删除SPP1系列(图2C) ●●●●。此外CCR4-非缺失菌株基本上没有受到影响(图2D) 尽管缺乏H3K79me2的细胞中H3K79 me2略有下降编号5观察到。如预期,删除RAD6型导致H3K79me2和H3K79 me3水平严重下降(10).

这些结果表明不是高效H3K4三甲基化的基因。同样,BUR1(燃烧室1)BUR2(燃烧室2)三甲基化需要,但H3K4的单甲基化或双甲基化不需要(15). H3K79甲基化特异性HMT Dot1p在端粒附近基因沉默中起重要作用(38). 删除设置1导致此过程中出现类似的缺陷(4,39). 值得注意的是,端粒沉默的完整性不受编号4(图2E) ●●●●。这与端粒沉默不需要H3K4me3的概念一致(37)以及我们的观察编号4H3K4的三甲基化特别需要。

综上所述,这些结果表明不是-Ccr4-Not复合物的模块对于有效的H3K4三甲基化至关重要,但对于H3K79甲基化或端粒沉默则不重要。

H3K4三甲基化PYK1型基因座受以下基因缺失的影响编号4

调查编号4在组蛋白H3甲基化对活性基因的调控中,ChIP实验对组成活性和高表达的PYK1型使用WT和不是4Δ单元。使用特异性抗体H3K4me3、H3K4me2、H3K36me2和H3K79me2在5′和中间区域的水平PYK1型检查ORF(图3A–E)。否4Δ细胞H3K4me3水平明显下降位于PYK1型ORF与WT的比较(图3B) ,而H3K4me2水平受编号4(图3C) ●●●●。进一步分析表明,H3K36me2和H3K79me2水平在不是4Δ电池(图3D和E)。此外,使用针对Rpb1p的CTD的抗体来测定pol II占用率,作为转录活性的测量。同时,PYK1型管1通过定量RT-PCR测定WT和不是4Δ单元。pol II协会与PYK1型ORF和PYK1型转录水平在缺乏编号4(图3F和G)。在这些结果的基础上,我们测定了因编号2的确,检查不是2Δ单元格确认了以下要求编号2特别是在H3K4me3的调节中(图3H和I)。值得注意的是,在分析PGK1系列轨迹(未显示数据),符合更广泛的作用编号4调节H3K4me3水平。

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编号4是H3K4三甲基化所必需的,但不是PYK1型ORF。(A类)的示意图PYK1型(B–H)中使用的位点和扩增子。(B类)ChIP分析PYK1型BY4741中的ORF和不是4Δ应变。使用H3K4me3抗体对指数生长的细胞进行ChIP分析。(C类)如(A)所示,使用H3K4me2抗体。(D类)如(A)所示,使用H3K36me2抗体。(E类)如(A)所示,使用H3K79me2抗体。(F类)如(A)所示,使用CTD抗体(8WG16)。(G公司)定量反转录酶PCR分析PYK1型管1BY4741 WT和不是4Δ应变。(H(H))MY1 WT中H3K4me3水平的ChIP分析不是2Δ单元。()MY1 WT中H3K4me2水平的ChIP分析不是2Δ单元。(J型)Not4p被招募到PYK1型ORF公司。用BirA表达质粒转化表达mycAVI-tagged Not4p的菌株,并进行ChIP分析。信号被标准化为空质粒对照。

评估Not4p直接参与监管PYK1型表达,使用染色体表达的标记形式的ChIP分析编号4已执行。编码蛋白(Not4p-mycAVI)被生物素化体内通过共同表达大肠杆菌-衍生BirA生物素连接酶(40). 表型分析表明Not4p-mycAVI融合蛋白具有完全功能(数据未显示)。用链亲和素包衣珠从含有表达BirA质粒或空载体的细胞染色质提取物中捕获生物素化Not4蛋白。有趣的是,Not4p在PYK1型ORF和跨越TATA框的区域(图3J) ,与Set1p复合物的三甲基化靶向区域一致(参见图3B和H)。综上所述,这些ChIP实验证实了H3K4me3缺陷的特异性,并表明Not4p实际存在于PYK1型ORF公司。此外,删除编号4导致pol II占用率和转录水平下降,表明对PYK1型通过H3K4的三甲基化通过Not4p表达。

删除的细胞中H3K4me3水平降低编号4与RNA聚合酶II相关性的降低没有严格相关性

Set1复合物补充转录聚合酶的确切机制尚不完全清楚。然而,有人认为,RNA pol II的CTD的七肽重复序列的丝氨酸2和5的磷酸化对此很重要(2,7). 因此,H3K4me3在缺乏编号4可能是RNA pol II CTD磷酸化全局丢失的结果。使用针对磷酸化丝氨酸2、丝氨酸5或总RNA pol II(分别为H5、H14和8WG16)的抗体进行的免疫印迹分析没有显示WT和不是4Δ单元格(数据未显示)。这表明编号4调节H3K4me3水平独立于RNA pol II磷酸化。可以说,H3K4三甲基化的缺失可能是RNA pol II募集减少的结果,而不是原因。为了解决这个问题,我们调查了热休克蛋白104基因,该基因允许测定在转录中未降低的基因上的H3K4me3水平不是4Δ单元格(数据未显示)。我们观察到热休克蛋白104,尽管没有观察到的那么明显PYK1型(图4A) ●●●●。此外,我们发现RNA pol II占用率略有增加,这与转录率略有增加一致(图4A和数据未显示)。事实上,以前的观察表明H3K4甲基化不是热休克蛋白基因表达(41). 总之,该结果表明H3K4me3在不是4Δ细胞不是RNA pol II结合减少的结果就其本身而言.

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H3K4me3减少不是4Δ细胞不一定是由于RNA聚合酶II负载量减少(A类)H3K4me3和RNA pol II水平的ChIP分析热休克蛋白104轨迹。数据表示为与WT相关。H3K4me3和8WG16抗体的ChIP效率分别为2–3%和0.15–0.2%。(B类)删除编号4SPP1系列导致H3K4me3和转录水平的类似下降PYK1型基因。BY4741的染色质提取物,不是4Δ和spp1型使用H3K4me3特异性抗体对Δ菌株进行ChIP分析。PYK1型mRNA转录水平受缺失编号4SPP1.PYK1BY4147总RNA中的mRNA,不是4Δ和spp1型采用定量反转录酶PCR对Δ菌株进行分析。

为了进一步研究H3K4me3在转录中的作用,我们比较了H3K4me3在PYK1型WT基因座,不是4Δ和spp1型Δ单元。如所示图4B、 通过删除编号4SPP1系列达到可比水平。此外,删除SPP1系列导致mRNA水平下降,使人联想到编号4(图4B) ●●●●。mRNA水平也有类似的降低PGK1系列基因(数据未显示)。这表明PYK1型PGK1系列mRNA水平是H3K4三甲基化降低的结果。综上所述,这些实验表明,H3K4me3水平的降低不是4Δ细胞不是RNA pol II结合减少的直接结果。

编号4不需要Set1p复合体的HMT活性

观察到的对H3K4me3水平的影响不是4Δ细胞可能是编号4需要转录对Set1p复合物完整性或活性至关重要的编码因子的基因。例如,删除SPP1系列导致形成不能三甲基化H3K4的Set1p复合物(16). 我们通过从WT和不是4Δ菌株通过Bre2p亚单位的TAP标记版本。此外,我们通过northern blot分析测试了含有或缺乏Set1p复合亚基的菌株的mRNA表达水平编号4这表明其亚单位的转录水平和Set1p复合物的组成均不受编号4(图5A和B)。值得注意的是,从不是4Δ细胞被发现是非特异性溶酶体蛋白(数据未显示),这可能与WT或否4Δ单元。将可溶性组蛋白用作在体外HMT分析,从不是4可以检测到Δ细胞(图5C) ●●●●。此外,(预甲基化)合成肽用于确定是否从不是4Δ细胞活跃于二甲基化底物的三甲基化。值得注意的是,WT和不是4Δ细胞在修饰这种合成肽方面同样有效(图5D) ●●●●。

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中的H3K4me3缺陷不是4Δ细胞独立于Set1p复合物的直接调节。(A类)Set1p复合物成分的mRNA水平。从指数增长的BY4741和不是4Δ,并使用指示的探针进行northern印迹分析。(B类)纯化的Set1p复合物的亚单位组成。含有或缺乏菌株编号4并表达TAP标记的Bre2p用于纯化Set1p复合物(上面板)。western blot分析检查Bre2-TAP蛋白的相等表达(下表)。使用LC-MS/MS对所示蛋白质进行鉴定不是4与WT相比,Δ纯化。质谱显示,这些条带包含非相关溶酶体蛋白。我们认为这是一种提纯的人工制品,可能是由于WT和不是4Δ单元。(C类)使用纯化的Set1p复合物进行组蛋白甲基转移酶分析。使用越来越多的Set1p复合物或模拟纯化对照物甲基化可溶性组蛋白(来自小牛胸腺)在体外样品在15%SDS-PAA凝胶上分离,用考马斯染色,干燥并暴露于X射线胶片。(D类)体外合成的预甲基化组蛋白H3-尾肽的甲基化。前甲基肽被用作在体外使用从WT或否4Δ单元。样品在20%SDS-PAA凝胶上分离,干燥并暴露在X射线胶片上。使用ImageQuant软件量化信号,并在背景校正后表示为任意单位。

综上所述,这些实验表明H3K4me3缺陷的机制否4Δ细胞在转录、组成或内在活性和特异性水平上与Set1p复合物的放松调节不同。

删除编号4减少组蛋白H2B的泛素化和PAF复合物的募集

高效H3K4甲基化需要H2B泛素化(16). 为了研究Not4p在H2B泛素化中的作用,以质粒为基础的FLAG标记的H2B在不是4Δ单元。在对数生长的WT细胞中可以检测到泛素化H2B,但在缺乏H2B的细胞中,泛素水平显著降低编号4如预期,在表达FLAG标记的H2B-K123R的细胞中未检测到泛素化H2B(图6A、,39). 有趣的是,Not4p含有环填充基序并显示泛素化活性在体外(K.W.M.、A.I.和H.T.M.T.提交出版)。因此,在表达Not4p非活性(L35A)突变体的细胞中测定H3K4me3状态,作为H2B泛素化的测量。H3K4me3缺陷否4Δ细胞被Not4p的L35A突变体完全补充,这表明H2B泛素化不需要它的RING-finger(图6B) ●●●●。此外,在体外泛素化分析表明H2B不作为Not4p的底物(数据未显示)。

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删除编号4减少H2B泛素化和PAF复合物招募。(A类)编号4是高效H2B泛素化所必需的。携带FLAG的指示菌株的提取物-HTB1型质粒在12.5%SDS-PAGE凝胶上分离,并使用FLAG抗体进行western blot分析。下部面板显示相同污点的暴露时间较短,表明荷载相等。(B类)Not4p的泛素连接酶活性不参与H3K4me3水平的调节。表达H3K4的细胞提取物的甲基化状态编号4非4L35A内源性等位基因编号4基因座和细胞缺乏编号4进行western blot分析。(C类)Ctr9-HA的表达单位为编号4否4Δ单元。含或不含HA-tagged Ctr9p的表达菌株编号4western blotting法测定Ctr9-HA水平。H3K4me3和TBP水平用作对照。(D类E类)编号4PAF综合体招募到PYK1型PGK1系列ORF。对来自(C)的菌株进行ChIP分析PYK1型轨迹(放大子在上面板中有示意图)。指数生长的细胞交联,并使用抗HA(12CA5)抗体进行ChIP。

体内,H2B泛素化依赖于PAF复合物向染色质的募集(18). 为了评估Not4p在PAF复合体招募中的作用,表达HA-taged Ctr9p并含有或缺乏的菌株编号4建造完成。Ctr9-HA在两个菌株中的表达水平相同,而H3K4me3在不是4Δ电池符合预期(图6C) ●●●●。从指数增长的细胞中制备提取物,并进行ChIP分析。而Ctr9-HA在PYK1型PGK1系列在WT细胞中,缺乏的细胞结合严重减少编号4(图6D和E)。综上所述,这些结果表明需要编号4在H2B泛素化中以及在调节PAF复合物向PYK1型PGK1系列促进H3K4三甲基化的基因。

Ccr4-Not的功能与Bur1/2激酶平行或下游

PAF复合物的染色质结合取决于Bur1/2复合物(15,16). 以下方面的要求编号4为了有效地募集PAF复合物,将Ccr4-Not复合物置于含有Bur1/2激酶的途径中。为了进一步研究这一点,表达HA-taged Bur1p或Bur2p的菌株,包含或不包含编号4,以确定Bur1p和Bur2p的占用率。HA-tagged版本的Bur1p和Bur2p在WT和不是4Δ电池(图7A) ●●●●。对这些菌株的ChIP分析表明,Bur1p和Bur2p均与PYK1型PGK1系列具有相似效率的位点(图7B和C)。此外,编号4Bur1p激酶的活化并不需要,因为在缺乏的细胞中很容易检测到活性磷酸化形式的Bur1p编号4(图7A) ●●●●。这些结果使Ccr4-Not复合物平行于Bur1/2激酶或其下游,并在PAF复合物上游形成H3K4三甲基化途径。

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Ccr4-Not在Bur1/2激酶下游或与之平行的功能不复杂。(A类)Bur1-HA和Bur2-HA在WT和不是4Δ单元。表达含或不含HA标记Bur1p或Bur2p的细胞提取物编号4或非标记对照组,使用HA-tag、H3K4me3和TBP抗体进行western blot分析。(B类)Bur1/2综合体的招募PYK1型轨迹不依赖于编号4.WT和不是4表达HA标记的Bur1p或Bur2p的Δ细胞和no-tag对照细胞使用抗HA(12CA5)抗体进行ChIP分析(放大子如上图所示)。(C类)如(B)所示,除了对PGK1系列轨迹。

讨论

Ccr4-Not复合物在不同水平上参与mRNA的生物生成(在21,22). 这里,我们展示了不是基因,与CCR4型CAF公司H3K4的全球和基因特异性三甲基化需要基因(图2,,3和4)。4). 此外,我们发现Ccr4-Not复合物在功能上与Bur1/2激酶复合物相连(图1)H3K4三甲基化也特别需要(20). Ccr4-Not复合物参与组蛋白修饰的机制与Set1p组蛋白甲基转移酶复合物的直接调控无关(图5). 相反,在缺乏PAF复合物的细胞中,Ccr4-Not复合物在PAF复合物募集水平上与Bur1/2p平行或下游发挥作用,导致H2B的泛素化减少编号4(图8). 综上所述,我们的结果对Ccr4-Not复合物在全球H3K4三甲基化调控中的作用进行了详细研究。此外,他们证实了Ccr4p-Caf1p模块的细胞质二苯醚酶活性与Ccr4-Not复合物的Not-proteins的核功能之间的功能区别(42).

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一个模型表明Ccr4-Not复合物如何通过调节PAF复合物的募集来建立H3K4三甲基化。Ccr4-Not复合物可由Bur1/2激酶控制,以促进PAF复合物募集(下游)。或者,Bur1/2和Ccr4-Not复合物在共享多个成分的不同途径中发挥作用,并独立调节PAF复合物的募集(平行)。

Bur1/2和Ccr4-Not配合物在建立H3K4三甲基化中的协同作用

H3K4三甲基化需要Bur1/2复合物(15)这涉及到Rad6p的磷酸化(16). 编码Ccr4-Not复杂亚基的基因之间的遗传相互作用(编号2、编号4CCR4型)和BUR1(燃烧室1)BUR2(燃烧室2),表明该复合物在转录延长中的作用(图1). 有趣的是,一些Ccr4-Not组分的缺失显示出6-AU敏感性,表明这种作用(25). 值得注意的是,公布的Ccr4-Not成分的6-AU敏感性与合成致死率之间存在严格的相关性BUR2(燃烧室2)观察到。由于Bur1/2复合物被证明参与H3K4me3水平的调节(15),我们测定了缺乏编码Ccr4-Not成分基因的细胞中各种组蛋白H3赖氨酸甲基化标记的水平。相比之下不是-基因缺失菌株中未观察到H3K4me3水平下降ccr4号机组Δ电池(图2)表明Ccr4p和Not模块通过不同的机制促进转录延长。另一种解释可能是删除了Ccr4-Not组件BUR2(燃烧室2)导致同一途径中随后的活性部分丧失,最终导致观察到的合成致死性。

通过观察发现,PAF复合物的募集和随后H2B的有效泛素化,而非Bur1/2复合物的招募依赖于编号4然而,其他修饰如H3K4单甲基化和二甲基化或H3K79二甲基化和三甲基化不受编号4这些结果表明,导致H3K4和H3K79甲基化的途径在Ccr4上游分叉的模型并不复杂,并且与最近的报告一致,该报告显示打嗝2仅H3K4三甲基化需要(15,16). 或者,在缺乏泛素化H2B的细胞中观察到的残留程度编号4可能足以维持H3K79me2/3和H3K4me2,但不足以维持H3 K4me3水平。对这一假设的支持来自于对PAF1型显示H3K4二甲基化但非三甲基化的显著水平(43,数据未显示)。

Ccr4-Not复合物对H3K4三甲基化的调节及PAF复合物的参与

Set1p复合物(或COMPASS)代表酵母中H3K4的唯一HMT(4–6). 观察到Set1p复合物的转录、亚单位组成、活性和特异性不受Not4p的影响,这表明Ccr4-not复合物在调节H3K4三甲基化的途径中进一步上游发挥作用。发现Not4p实际存在于PYK1型ORF与H3K4三甲基标记和PAF复合物一致,表明Ccr4-Not复合物在这种修饰的调节中起着直接作用。很可能,Ccr4-Not复合物在该区域的招募有助于H3K4me3标记的定位。对Ccr4-Not复合物控制H3K4me3水平的机制的另一个重要见解来自于观察到PAF复合物招募在缺乏编号4而Bur1p和Bur2p的招募和激活不受影响(图6和7)。7). 已知Bur1/2激酶在PAF复合物募集的上游起作用(15). 因此,Ccr4-Not复合物既可以作用于Bur1/2激酶的下游,也可以通过平行途径调节PAF复合物的募集(图8). 值得注意的是,Not3p和Not5p都是磷蛋白(44),但与Bur1/2复合物的联系仍未探索。在平行通路中,Bur1/2和Ccr4-Not复合物在PAF复合物向染色质的补充中相互独立。引人注目的是,删除了BUR2(燃烧室2)编号4只导致H2B泛素化、PAF复合物募集和随后的H3K4三甲基化的部分损失(15,图2和66).

先前的实验将PAF复合物与Ccr4p物理联系起来(45). 然而,我们和其他人未能检测到PAF复合物成员或Ccr4-Not纯化中的Bur1p/2p(46,数据未显示)。此外,删除PAF1型导致HU敏感表型和对注册护士基因转录(47). 有趣的是,这也可以用于删除CCR4-非基因(27)和删除BUR2(燃烧室2)(数据未显示),表明这些复合物之间存在功能相互作用。另外,组蛋白密码的其他成分的改变也可能有助于Ccr4-Not complex对H3K4me3水平的调节。尽管如此,显然需要进一步的实验来阐明Ccr4-Not和PAF复合物之间的联系。

Ccr4-Not复合物对转录的正调控和负调控

我们的结果支持Ccr4-Not复合物在转录的正调控中的全局作用。此外,这种复合物成分的突变导致多种基因的去表达(26,48). 这些看似矛盾的观察结果可能与PHD指状蛋白识别H3K4-甲基化组蛋白的最新发现相一致(49–51). 这些结构域被认为是将染色质修饰复合物,如NURF和mSin3a-HDAC1复合物招募到H3K4-甲基化染色质(49,51). 酵母含有15个PHD指,位于多种染色质修饰复合物中,这些基序对H3K4me2和H3K4me3显示出不同的相对亲和力(50). 因此,H3K4三甲基化的特定损失可能会改变特定基因的染色质调节复合体的平衡。Ccr4-Not复合物的唯一功能不太可能是通过PAF复合物的募集来调节H3K4三甲基化。除了Ccr4p和Caf1p亚基在mRNA二烯基化中的作用外,多项观察结果表明,非蛋白能直接影响TFIID功能(在21,22). 这表明Ccr4-Not复合物整合了mRNA表达的几个步骤。Ccr4-Not基因缺失的功能性后果可能是基因特异性的,例如,我们在PYK1型热休克蛋白104基因。总之,这些发现为Ccr4-Not复合物对基因转录既有负面影响也有正面影响的观察结果提供了解释。

总之,我们已经确定了Ccr4-Not复合物在调节H3K4三甲基化水平中的作用,其作用与Bur1/2激酶平行或下游,以促进PAF复合物的招募和随后的H2B泛素化。这些结果提供了Ccr4-Not复合物在转录调控和组蛋白甲基化标记中的作用之间的联系。

致谢

我们感谢M.Collart博士、F.van Leeuwen博士、J.Jaehning博士、W.W.Pijnappel博士、S.Buratowski博士、P.A.Weil博士、G.P.Prelich博士、A.Aguilera博士和B.Strahl博士慷慨分享试剂,感谢G.S.Winkler博士和F.C.Holstege博士批判性阅读手稿,感谢Timmers实验室成员的有益讨论、技术建议和帮助。感谢N.J.Krogan博士和B.Strahl博士在发表之前分享结果。这项工作得到了荷兰科学研究组织(NWO-MW Pionier#900-98-142和NWO-CW#700-50-034)、欧盟(改善人类潜能RTN2-2001-00026和STREP LSHG-CT-2004-502950)和欧洲工商管理局(ASTF 184.00-02)的资助。支付开放获取出版费用的资金由乌得勒支大学医学中心提供。

利益冲突声明。未声明。

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文章来自核酸研究由以下人员提供牛津大学出版社