在真核生物中,組蛋白甲基化修飾在調(diào)控染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、基因轉(zhuǎn)錄和其他染色質(zhì)相關(guān)過程中起著重要作用。甲基化修飾的添加和去除由組蛋白賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶和組蛋白賴氨酸去甲基化酶催化完成,并受內(nèi)源與環(huán)境因素調(diào)控。進化保守的含有Jumonji C(JmjC)結(jié)構(gòu)域的去甲基化酶家族(Jumonji C-containing histone demethylases,JMJs)是真核生物中的主要組蛋白去甲基化酶。JMJs利用α-酮戊二酸(α-ketoglutarate,α-KG) 作為輔助底物,通過氧化脫羧反應(yīng)去除組蛋白賴氨酸殘基上的甲基化修飾基團。因此,細胞核內(nèi)局部α-酮戊二酸濃度的變化理論上有可能影響JMJs的活性。然而,我們對于JMJ周邊的 α-酮戊二酸濃度是否受到精準調(diào)控以及這種調(diào)控是否受環(huán)境影響,完全未知。

2023年7月14日,北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院、北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院、北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合研究中心何躍輝研究組在Science在線發(fā)表了題為"Control of histone demethylation by nuclear-localized α-ketoglutarate dehydrogenase"的研究長文(Online Research Article),報道了三羧酸循環(huán)(TCA Cycle)的限速酶α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體(α-ketoglutarate dehydrogenase,KGDH)響應(yīng)光信號進入細胞核,并與JMJs蛋白互作;KGDH通過競爭性代謝α-酮戊二酸,抑制了JMJs的組蛋白去甲基化活性,從而在全基因組水平調(diào)控組蛋白的甲基化修飾進而調(diào)控一系列環(huán)境響應(yīng)基因表達的分子機制。

圖1. 光照促進與TCA循環(huán)相關(guān)的酶KGDH進入植物細胞核,調(diào)控JMJs的組蛋白去甲基化酶活性
(https://www.science.org/doi/10.1126/science.adf8822)。
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