南開大學發現FACT調控胚胎幹細胞中MERVL的新機制

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內源性逆轉錄病毒 （endogenous retrovirus, ERV） 是轉座子的一種。 在胚胎發育的早期，ERV呈現動態的變化，很可能在胚胎發育中有重要的功能。 精子與卵子結合形成受精卵，之後通過卵裂繼續發育到2細胞胚胎，在小鼠2細胞胚胎中基因組開始激活轉錄（ 合子基因組激活） ，最早激活的轉錄本就包括內源性逆轉錄病毒MERVL。 MERVL，是2細胞胚胎的標記，同時也是胚胎幹細胞中的「2細胞樣幹細胞」的標記。

之前的發現，多集中於研究H3組蛋白變體、修飾及對應的分子伴侶對ERV的表達調控，而對於其他組蛋白分子伴侶是否參與調控ERV的表達仍然未知。 此外，2細胞胚胎與2細胞樣細胞中存在大量與MERVL融合的轉錄本，這些MERVL融合轉錄本是如何被抑制的也尚不清楚。

近日，南開大學藥物化學生物學國家重點實驗室呂鑫屹團隊在Nucleic Acids Research 雜誌上發表論文「Histone chaperone FACT represses retrotransposon MERVL and MERVL-derived cryptic promoters」。該研究證實，H2A/H2B組蛋白分子伴侶FACT (Facilitates Chromatin Transcription）複合體，可以抑制小鼠胚胎幹細胞中反轉座子MERVL和MERVL衍生的隱秘啟動子，驅動MERVL融合基因的表達，以此揭示了胚胎幹細胞中ERV的一個新的調控機制，並為MERVL融合轉錄本的抑制提供了解釋。

首先，作者分別敲低在小鼠胚胎幹細胞中FACT複合體兩亞基（Ssrp1與Supt16），發現均可上調ERV的表達，其中MERVL上調最為顯著。同時，敲除Ssrp1可完全破壞FACT功能。分析其轉錄組發現，FACT複合體破壞後，可在全基因組範圍內激活MERVL的轉錄，並同時激活與MERVL融合的隱秘轉錄本的表達（包括2細胞基因）。這樣可以促進胚胎幹細胞向2細胞樣細胞轉變。隨後，研究人員發現，Ssrp1能夠直接結合在MERVL上發揮抑制作用。

為了探究FACT調控ERV的機制，作者接著分析鑑定了與Ssrp1相互作用的蛋白。結果發現，Ssrp1對H2Bub去泛素化酶Usp7具有較強的相互作用，並將其招募到Ssrp1的靶基因上發揮抑制作用。

值得注意的是，抑制Usp7可得到與Ssrp1缺失相一致的表型，即均可顯著上調MERVL及其融合的2細胞隱秘轉錄本的表達。

作者進一步發現，Usp7作為一種去泛素化酶，可通過去除H2Bub這一激活修飾，來抑制MERVL及MERVL融合基因的表達。

由此得出結論，FACT複合體可招募Usp7到染色質上，並且通過Usp7的泛素化酶作用，去除H2Bub這一激活性修飾，以抑制MERVL及MERVL融合轉錄本的表達。

FACT複合體通過招募Usp7調控MERVL和MERVL融合轉錄本表達的示意圖

FACT複合體，通常被認為與基因表達激活相關。然而，該研究發現FACT可以沉默MERVL和MERVL融合轉錄本的表達，並且闡述了FACT複合體介導的表觀遺傳沉默的調控機制。

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綜上所述，本研究對理解胚胎幹細胞中ERV的沉默機制提供了新的視角，為MERVL融合轉錄本的抑制提出了新的解釋，並且拓展了FACT複合體在哺乳動物細胞中的功能。

據悉，該研究的通訊作者呂鑫屹為南開大學藥物化學生物學國家重點實驗室研究員，博士生陳福泉、張煒煜、謝丹為本論文的共同第一作者，碩士生高婷婷、董智強對本文也有重要貢獻。

原文連結：

https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkaa732/5902438