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.2016年8月2日；113(31):8735-40.
doi:10.1073/pnas.1516450113。 Epub 2016年7月20日。

果蝇身体计划核编程期间不同表观遗传状态的启动

安·博伊亚 1, 马蒂亚斯·曼内维克 2
附属公司

果蝇身体计划核编程期间不同表观遗传状态的启动

安·博伊亚等。 美国国家科学院程序. .

摘要

组蛋白修饰的表观遗传模式有助于维持组织特异性基因表达。在这里，我们表明，这种修饰也伴随着NF-κB转录因子Dorsal在细胞前果蝇胚胎中对细胞特性的规范。我们提供的证据表明，母体先锋因子塞尔达（Zelda）负责在Dorsal介导的合子激活前在Dorsol靶基因上建立稳定的RNA聚合酶。在细胞规范化开始时，Dorsal将CBP/p300共激活因子募集到推定神经外胚层中确定的靶基因的调控区，导致其组蛋白乙酰化和转录激活。由于蜗牛阻遏物的转录淬灭，这些基因在中胚层中不活跃，这阻止了CBP的募集并阻止组蛋白乙酰化。相反，背部外胚层中相同增强子的失活与多囊重表达的H3K27me3染色质有关。因此，背侧形态原梯度产生三种不同的组蛋白特征，包括两种转录抑制模式、活性抑制（低乙酰化）和非活性（H3K27me3）。组蛋白乙酰化不足与稳定聚合酶有关，H3K27me3取代了染色质中的聚合酶。我们的结果将不同的RNA聚合酶调控模式联系起来，以分离表观遗传模式，并证明发育决定因素协调不同的染色质状态，为表观遗传和发育模式之间的联系提供了新的见解。

关键词：背侧形态原；果蝇胚胎；塞尔达；电池规格；表观遗传学。

PubMed免责声明

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

数字

图1。
图1。
塞尔达在幼稚细胞中建立了稳定的聚合酶，该聚合酶在背外胚层被逐出，在中胚层被抑制，并在神经外胚层转录。(A类)早期基因调控示意图果蝇属胚胎。显示Dorsal梯度和差异基因表达的交叉截面(左侧)、和法规边缘人(布雷克)和短原肠形成(索格)背侧（Dl）和蜗牛（Sna）在中胚层、神经外胚层和背外胚层的表达(赖特). (B类)野生型（WT）1至1.5小时（幼稚）胚胎，2至4小时胚胎来源于gd公司7（背外胚层），收费9元/10元（神经外胚层），或伤亡人数10亿（中胚层）突变母亲和2-4-h WT胚胎与地高辛标记杂交布雷克,索格、和国家统计局探针。胚胎的方向是左前方，背向上。(C类)RT-qPCR显示布雷克和索格由幼稚细胞、完全背外胚层组成的胚胎中的表达(gd公司7)，神经外胚层(伤亡人数9元/10元)或中胚层(伤亡人数10亿)标准化为β-微管蛋白并绘制相对WT表达，n个= 3–4. 误差条代表SEM(D类)使用2至4小时胚胎提取物中的Rpb3抗体对pol II进行ChIP-qPCRgd公司7（背外胚层），伤亡人数9元/10元（神经外胚层），或收费10亿（中胚层）突变母亲。位于增强子区、基因间区、启动子近端区、外显子区、内含子区和3′UTR区的扩增子的值绘制为两个基因间控制区的折叠，这两个区域没有已知因子和组蛋白修饰。增强子为灰色阴影，启动子近端区域为浅蓝色。(E类)使用不同pol II抗体（8WG16）在胚胎提取物中进行ChIP-qPCRgd公司7（背外胚层）和伤亡人数10亿（中胚层）突变母亲。(F类)Rpb3抗体pol II ChIP-qPCR来自WT或Zld RNAi雌性人手选的幼稚细胞胚胎提取物（核周期7-9）。基因模型在底部，但未按比例绘制。中胚层和背外胚层之间启动子近端扩增子的值存在显著差异(D类和E类)以及WT和塞尔达RNAi细胞(F类)（双尾t吨测试，P（P）< 0.05,n个= 2–3). 错误栏显示SD。
图S1。
图S1。
实验装置。不同时间点收集的胚胎阶段与塞尔达、多尔萨尔以及布雷克和索格抄本。
图S2。
图S2。
Pol II在中胚层中占据brk和sog启动子的程度高于背外胚层。(A类–C类)Pol II ChIP-qPCR具有三种不同的抗体(A类)Ser5磷酸化CTD(B类)Rpb3亚单位，以及(C类)非磷酸化CTD（8WG16），来自gd公司7（背外胚层）和伤亡人数10亿（中胚层）突变母亲。沿着布雷克和索格基因座被绘制为两个基因间区域的折叠。请注意B类和C类显示与图1相同的数据，但以其他格式绘制。中胚层和背外胚层的启动子近端扩增子作为一组在所有三种pol II抗体（双尾t吨测试，P（P）< 0.05,n个= 2–3). 具有显著差异的单个放大器用星号标记。
图S3。
图S3。
TBP和H3K4me3存在于布雷克和索格仅在转录活性细胞中。(A类和B类)1至1.5小时胚胎（幼稚）或2至4小时胚胎提取物中的ChIP-qPCRgd公司7（背外胚层），伤亡人数9元/10元（神经外胚层），或伤亡人数10亿（中胚层）突变母亲。沿着布雷克和索格基因座被绘制为两个基因间区域的折叠，H3K4me3进一步归一化为H3占据。(A类)待定价格。(B类)H3K4me3。错误栏显示SD，n个= 2–3.
图S4。
图S4。
Pol II占用布雷克和索格在幼稚细胞中是塞尔达依赖性的。(A类)Rpb3抗体ChIP-qPCR，使用野生型（WT）胚胎或具有塞尔达生殖系克隆。启动子近端扩增子的值在WT和塞尔达−/−幼稚细胞（双尾t吨测试，P（P）< 0.05,n个= 2–3). 错误栏显示SD(B类)散装收集和手工分拣的pol II ChIP的比较（与图1相同F类)幼稚的胚胎显示出同等的价值，这表明我们收集的大量胚胎中没有明显的污染老年胚胎。
图2。
图2。
蜗牛通过阻止CBP占据和组蛋白乙酰化来淬灭中胚层的Dorsal活性。(A类–C类)1至1.5小时胚胎（幼稚）或2至4小时胚胎提取物中的ChIP-qPCRgd公司7（背外胚层），伤亡人数9元/10元（神经外胚层），或伤亡人数10亿（中胚层）突变母亲。沿着布雷克和索格基因座被绘制为一个（Dorsal）或两个基因间区域的折叠，H3K27ac进一步归一化为H3占据。(A类)多尔萨尔。(B类)CBP。(C类)H3K27交流。增强剂的值在神经外胚层和中胚层之间对于CBP有显著差异，但对于Dorsal（双尾t吨测试，P（P）< 0.05,n个=2–4），H3K27ac在神经外胚层和所有其他条件下显著不同（使用双尾计算整个基因座t吨测试，P（P）< 0.05,n个= 3–4). 错误栏显示SD。
图S5。
图S5。
蜗牛在中胚层对背侧活性的抑制导致组蛋白乙酰化降低。(A类)1至1.5小时胚胎（幼年）提取物中的H3K18ac ChIP-qPCR或伤亡人数变异母亲。沿着布雷克和索格基因座被标绘为两个基因间区域的折叠，这两个区域归一化为H3总占有率。错误栏显示SD，n个= 2–3. (B类)蜗牛的普遍表达（sna）抑制索格在神经外胚层中的表达。从α-tubulin–Gal4[TubGal4）雌性杂交到野生型（WT）、对照组]或UAS-sna公司雄性与国家统计局和索格地高辛标记探针的方向为左前方，背向上。所示为的侧面视图国家统计局和腹外侧索格. (C类)H3K27ac ChIP-qPCR，使用TubGal4×WT或TubGal×UAS-sna公司十字架。样本之间基因座的H3K27ac值存在显著差异（双尾t吨测试，P（P）< 0.05,n个= 2).
图3。
图3。
染色质状态布雷克和索格不同于背外胚层、神经外胚层和中胚层。(A类和B类)ChIP-qPCR，如图2所示(A类)H3K27me3和(B类)多梳（Pc）抗体。背外胚层和所有其他组织（双尾t吨测试，P（P）< 0.05,n个= 2–5). (C类)显示染色质状态的示意图布雷克和索格在幼稚和特定的胚胎细胞中。塞尔达（Zelda，Zld）在未经组蛋白修饰的原始细胞中建立稳定的pol II。在背外胚层，pol II被驱逐，H3K27me3介导的Pc沉默被建立。背侧蛋白（Dl）在神经外胚层中招募CBP，导致组蛋白乙酰化（ac）和pol II的释放延伸。蜗牛（Sna）通过阻止中胚层中CBP的占据来抑制背索活性，导致组蛋白乙酰化降低和pol II不能参与转录。
图S6。
图S6。
H3K9me3水平布雷克和索格组织之间没有太大差异。1至1.5小时胚胎（幼年）提取物中的H3K9me3 ChIP-qPCR或伤亡人数变异母亲。沿着布雷克和索格基因座被标绘为两个基因间区域的折叠，这两个区域归一化为H3总占有率。错误栏显示SD，n个=2–3。
图S7。
图S7。
建立表观遗传学景观。(A类)在Conrad Hal Waddington的表观遗传景观模型（35）中，幼稚的多能干胚胎细胞在细胞分化过程中获得不同的细胞表型，表现为一个球从山上滚下，进入几个山谷中的一个。我们表明，细胞规范化不仅涉及差异基因表达，还伴随着不同组蛋白修饰形式的不同表观遗传模式。(B类)沃丁顿设想，表观遗传景观是由基因（如桩所示）相互作用和叠加景观（如绳所示）形成的（35）。我们的结果表明，Dorsal基因调控网络（36，37）在早期建立了表观遗传景观果蝇属通过在布雷克和索格基因座位于三个未来胚层，中胚层（组蛋白低乙酰化）、神经外胚层（H3K27乙酰化）和背外胚层（三甲基化）。经Taylor&Francis Books UK许可改编自参考。
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参考文献

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