导读 ⭐
Introduction
真核生物染色质中，组蛋白末端的共价翻译后修饰（如乙酰化，甲基化、泛素化等）对调控基因转录、DNA复制等过程具有重要作用。其中，组蛋白乙酰化与组蛋白 H3K4me3修饰常与基因活跃转录相关，而H3K27me3修饰则发挥转录抑制作用。前期研究发现，拟南芥中存在兼具组蛋白乙酰化和H2A去泛素化功能的PEAT复合体，其与基因转录激活密切相关，且包含功能冗余的DNA结合蛋白TRB1和TRB2（Zheng et al., 2023）。此外，TRB 蛋白可结合H3K4me3去甲基化酶JMJ14，以及负责H3K27me3 修饰的 PRC2 复合体组分（Wang et al., 2023; Zhou et al., 2018）。然而，TRB蛋白如何整合不同复合体功能，在全基因组层面协调不同组蛋白修饰，是领域内尚待解决的关键科学问题。
2025年10月6日，北京生命科学研究所/PG电子-PG电子官方直营平台
何新建实验室在《Advanced Science》在线发表了题为“Arabidopsis TRB proteins form two closely related complexes to mediate H3K4me3 demethylation and transcriptional repression”的研究论文。该研究发现了拟南芥中两种紧密关联的新型复合体TRHT和TRHD，揭示了它们协同其他组蛋白修饰介导组蛋白H3K4me3去甲基化的分子机制。
该研究通过蛋白亲和纯化结合质谱分析（AP-MS）系统鉴定出TRB1、TRB2、TRB3（TRB1/2/3）的结合蛋白，证实TRB1/2/3不仅参与PEAT复合体和PRC2复合体的形成，还能组装成两种功能冗余的新型复合体：TRHT（包含TRB1/2/3、ICU11 和 HTH1/2/3）与 TRHD（包含 TRB1/2/3、ICU11、JMJ14、NAC050/052 和 ZDP2），其中TRB1/2/3 和 ICU11 是这两个复合体的共有亚基（图1A）。随后，利用酵母双杂交、体外pull-down等实验，进一步明确了两个复合体各组分之间的相互作用模式（图1B）。
图1
TRHT/TRHD复合体组分间结合方式
为探究TRHT/TRHD复合体在全基因组水平的作用，该研究通过染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq），比较了TRHT、TRHD、PEAT和PRC2这几类包含TRB蛋白的复合体在全基因组的分布。结果显示，尽管TRHT和TRHD具有特异亚基，但是二者在全基因组水平共同占据大量靶基因，且其分布与PEAT、PRC2复合体显著不同，凸显TRHT/TRHD复合体的独特性。进一步分析发现，TRHT/TRHD与PEAT的靶基因重叠水平较高，共享大量共同靶基因，而与PRC2的靶基因重叠水平较低（图2）。
在功能机制上，该研究发现TRHT/TRHD 靶基因呈中等水平的H3K4me3修饰，介于具有高水平H3K4me3修饰的PEAT 靶基因与低水平H3K4me3修饰的PRC2 靶基因之间。TRHT/TRHD 可通过JMJ14 介导的 H3K4me3 去甲基化抑制基因表达，且这种调控具有染色质环境依赖性。当靶基因同时被 PRC2 识别时，H3K4me3 去甲基化作用显著增强；而在与PEAT共享的靶基因中，该作用则被抑制，表明 TRHT/TRHD 的H3K4me3去甲基化功能受所在区域其他组蛋白修饰的动态调控。
图2
TRHT/TRHD复合体组分在靶基因上的富集信号
该研究进一步结合ChIP-seq、电泳迁移率变动分析（EMSA）和和等温滴定量热法（ITC）等多种实验，揭示了TRHT/TRHD结合基因组上特定靶位点的分子机制。TRB蛋白通过N端的Myb结构域识别特定的DNA基序，NAC050/052作为转录抑制因子结合另一类DNA基序，二者协同作用增强复合体与靶位点的结合能力；HTH1则以非序列依赖的方式辅助结合DNA，确保复合体与靶位点结合的高效性（图3）。此外，TRB1 的 Myb结构域对复合体的生物学功能至关重要，缺失后会拟南芥会出现严重发育缺陷，证实其是维持复合体功能的核心元件。
图3
TRHT/TRHD复合体工作模式图
综上，该研究发现TRB家族蛋白所形成的两种新型蛋白复合体，阐明了它们与PEAT、PRC2复合体协同作用模式，揭示了植物对多种染色质修饰的协同调控机制，为理解植物复杂性状的表观遗传调控提供了全新视角。
何新建实验室的博士生王琪为该论文的第一作者，何新建研究员为通讯作者。其余作者包括北京生命科学研究所的袁丹阳、鲁雨佳、王鑫、郑昊、李琳、陈涉研究员。该研究得到科技部和国家自然科学基金委的资助。
参考文献
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Zheng SY, Guan BB, Yuan DY, Zhao QQ, Ge W, Tan LM, Chen SS, Li L, Chen S, Xu RM, He XJ. Dual roles of the Arabidopsis PEAT complex in histone H2A deubiquitination and H4K5 acetylation. Mol Plant 2023, 16:1847-1865.
Wang M, Zhong Z, Gallego-Bartolomé J, Feng S, Shih YH, Liu M, Zhou J, Richey JC, Ng C, Jami-Alahmadi Y, Wohlschlegel J, Wu K, Jacobsen SE. Arabidopsis TRB proteins function in H3K4me3 demethylation by recruiting JMJ14. Nat Commun. 2023, 14:1736.
Zhou Y, Wang Y, Krause K, Yang T, Dongus JA, Zhang Y, Turck F. Telobox motifs recruit CLF/SWN-PRC2 for H3K27me3 deposition via TRB factors in Arabidopsis. Nat Genet. 2018, 50:638-644.
论文链接
//doi.org/10.1002/advs.202503420
