撰文 | 胖胖企鵝
在合子基因組激活（zygotic genome activation，ZGA）之前，靜態基因組經過重編程過渡到轉錄活性狀態。在此過程中，組蛋白乙醯化對於促進轉錄激活非常重要。與其他組蛋白促進轉錄激活不同，H4K16ac在體外抑制染色質壓縮，但在ZGA前這種修飾作用的動態平衡與生理意義尚不明確。
為了進一步研究早期胚胎發育中H4K16ac的詳細作用及機制，2020年6月4日，德國馬普研究所Asifa Akhtar團隊在2020年6月4日Cell在線發表了題為Intergenerationally Maintained Histone H4 Lysine 16 Acetylation Is Instructive for Future Gene Activation的研究，表明H4K16ac通過母源生殖細胞進行跨代傳遞，並在胚胎早期通過調控染色質可及性控制未來基因激活。
首先，作者探究在配子形成期間H4K16ac的沉積狀態（圖1），發現在果蠅成熟卵母細胞中有大量H4K16ac，但精子形成過程的後期則缺失。不過，在卵原核和精原核中也檢測到了H4K16ac，提示精原核中的H4K16ac沉積只能發生在受精之後。另外在受精卵第一次及後續分裂過程中均檢測到H4K16ac，表明H4K16ac狀態在果蠅中能夠跨代維持。
圖1 果蠅胚胎形成過程的各個階段
在進化上更高級的果蠅的卵母細胞與小鼠的初級卵母細胞、次級卵母細胞受精卵及二細胞期都觀察到高H4K16ac水平。說明在果蠅和哺乳動物中，從卵母細胞到早期胚胎都維持H4K16ac狀態。
隨後，作者分析對比ZGA前（st3-4）、囊胚期（st5，ZGA）、原腸胚（st7）和胚胎發育後期（st15），發現H4K16ac在ZGA前就已經出現（圖2），提示H4K16ac可能參與染色質結構調控而不是直接調控轉錄激活。
圖2 胚胎發育各階段H4K16ac水平
過去報導發現H4K16乙醯化主要由MOF蛋白（males absent on the first）完成。MOF與MSL3和MSL1共同組成MSL亞複合物。H4K16ac水平對生殖細胞中MOF和MSL3的缺失非常敏感。而該研究在此基礎上發現，當母源MOF缺失時H4K16ac水平顯著降低，並且核小體可及性也大大降低，表明H4K16ac在ZGA前參與建立開放狀態的核小體構象。
進一步地，作者通過對MOF缺失的st5胚胎進行RNA Pol II ChIP-seq發現，RNA Pol II顯著減少且RNA Pol II募集效率降低，表明H4K16ac通過控制核小體可及性和RNA聚合酶募集效率來為下一代重要基因的轉錄激活做好準備。
在明確H4K16ac表達量降低所導致的一系列缺陷後，作者提出疑問：若在胚胎中再表達MOF來恢復H4K16ac，是否能使表型回復？首先，作者構建了母源MOF完全缺失的受精卵，發現80%胚胎致死，並且在ZGA之後利用轉基因再表達MOF，仍無法恢復胚胎缺陷（圖3）。
圖3 生殖細胞mof突變導致胚胎致死率增加，在ZGA再表達MOF仍無法恢復胚胎缺陷
由於已知在果蠅中MSL複合物參與X染色體劑量補償，因此作者在最後欲探究H4K16ac在此過程中的作用。實驗發現X染色體上的高親和位點富含H4K16ac，是MSL複合物結合的重要位點。這種由H4K16ac介導的高親和位點核小體可及性是起始劑量補償的第一步，也是必不可少的環節。
總的來說，該研究證明H4K16ac能夠從母源生殖細胞到受精卵進行跨代傳遞，並且H4K16ac在轉錄激活之前，就通過調節核小體可及性來為將來的基因激活做好準備。在合子期誘導MOF的表達無法恢復母源H4K16ac的作用表明這種修飾作用在胚胎早期發揮著重要的調控作用。
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