2009年9月30日

Genome-wide Mapping of HATs and HDACs Reveals Distinct Functions in Active and Inactive Genes

Genome-wide Mapping of HATs and HDACs Reveals Distinct Functions in Active and Inactive Genes

Zhibin Wang, Chongzhi Zang, Kairong Cui, Dustin E. Schones, Artem Barski, Weiqun Peng, and Keji Zhao

Cell 138, 1019-1031, September 4, 2009

 

Figure 1. All HATs Are Correlated with Gene Expression, Pol II, and Acetylation Levels

HATのうちhighly homologousでfunctionally redundantなCBP, p300はpromoter領域とenhancer領域に集積しており、ヒストンアセチル化レベル、Pol II集積レベル、および遺伝子発現レベルと相関していた。

さらにbromodomainをもっているPCAFも同様であった。

MYSTファミリーに属するMOF, Tip60も同様に分布していたが、gene bodyにも局在がある点で特徴を示した。

Figure 2. HDACs Are Positively Correlated with Gene Expression, Pol II Binding, and Acetylation Levels

クラスⅠのHDACである１，2，３のうち１と３はpromoter領域に多く局在したが、HDAC2とクラスⅡのHDAC6はpromoterのみならずgene bodyにも局在していた。特にHDAC6は従来細胞質内への局在が多いと考えられていたが、今回ゲノム上での結合が初めて確認された。

Figure 3. Tip60 and HDAC6 Are Recruited to Active Genes through Interaction with Phosphorylated RNA Polymerase II

酵母でHATはH3K3me3とchromodomainの相互作用を利用してactive geneに動員されることが知られているが、ほ乳類ではTip60はH3K3me3よりPol IIとの相関があった。実際に免疫沈降すると、Tip60の活性部位であるTRRAPもHDAC6もPol IIと共存していた。このことはHAT, HDACがPol II、特にリン酸化Pol IIを介した機構によって

Figure 4. Recruitment of Tip60 and HDAC6 by TCR Signaling Is Correlated with the Recruitment of RNA Pol II

T細胞をCD3, CD8の抗体で刺激すると、Tip60もHDAC6も活性化された遺伝子集積した。

Figure 5. Inhibition of HDAC Activities Leads to Further Increases of Acetylation Levels in Active Genes

HDAC阻害剤（TSAとButyrate）を使ってH3K9acとH4K16acをSolexaで観察するとアセチル化の増加が認められた。特にTSS周辺ではPol IIとHDAC6の集積がアセチル化とリンクしていた。

Figure 6. HATs and HDACs Function at Silent Genes Primed by H3K4 Methylation

　HDAC阻害剤を加えると、 FOSL1などのinactive geneでアセチル化が増えることがあるが、そこにはChIPシークによるHDACのシグナルはあまり高くなかった。これは、inactive geneの中にはアセチル化と脱アセチル化のサイクルが一過性かつ不安定に結合するHATとHDACによって絶え間なく起こっているグループがあることを示す。すなわちこれらの遺伝子群では、一過性のHAT結合によって遺伝子がpoised状態になっていること、一方で一過性のHDAC結合によって遺伝子がinactiveに保たれていることを示す。

　さらに、アセチル化を伴わないsilent geneをH3K4meの有無で分け、それぞれのグループでHDAC阻害剤によるアセチル化の割合を比べると、H3K4meを伴うpromoterでのアセチル化の割合が非常に高かったので、H3K4のメチル化がヒストンアセチル化効率を高めていることが判った。実際にMLLの主要サブユニットであるWDR5をノックダウンしてH3K4のメチル化を落とすと、アセチル化も起こりにくくなった。

　以上ヒストンアセチル化はH3K4のメチル化によってprimingされていることが示された。

Figure 7. HDACs Inhibit Pol II Binding to the Promoters Primed by H3K4 Methylation

primed gene ではHDAC阻害剤処理すると、H3K4メチル化が起こっている部位でのアセチル化増加にともなってPol II結合が増加した。つまり、Primed geneにおいてHDACの役割はPol II結合の抑制であって、elongation stepの抑制ではないと言える。

（和田洋一郎）