子科生物報道:?BRD2/3/4/T是哺乳動物細(xì)胞中BET蛋白家族成員，它們均包含兩個保守的溴結(jié)構(gòu)域和一個ET結(jié)構(gòu)域，是多種疾病抑制劑的關(guān)鍵靶點。BRD4通過招募轉(zhuǎn)錄延伸因子pTEF-b調(diào)控PolII的轉(zhuǎn)錄延伸在領(lǐng)域內(nèi)廣泛報道。但是BET家族成員BRD2如何調(diào)控Pol II 轉(zhuǎn)錄，其與BET蛋白家族其它成員之間的功能關(guān)系尚不清楚。另一方面，BRD2對小鼠早期胚胎發(fā)育至關(guān)重要，然而BRD2在干細(xì)胞命運(yùn)決定和分化中的調(diào)控機(jī)制依然未知。

2022年6月4日，北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院季雄研究員課題組在Cellular and Molecular Life Sciences雜志在線發(fā)表了題為“BRD2 interconnects with BRD3 to facilitate Pol II transcription initiation and elongation to prime promoters for cell differentiation”的研究論文。該研究闡明了BRD2介導(dǎo)Pol II的轉(zhuǎn)錄起始和延伸事件，BRD2與BRD3在基因轉(zhuǎn)錄過程中的相互作用關(guān)系，以及BRD2如何協(xié)調(diào)Pol II轉(zhuǎn)錄起始為干細(xì)胞分化的蓄勢待發(fā)做準(zhǔn)備，鑒定了BRD2的直接調(diào)控靶基因。相關(guān)工作為特異性BET抑制劑的開發(fā)和應(yīng)用提供了新見解。

在本研究工作中，作者建立了BRD2蛋白質(zhì)瞬時降解胚胎干細(xì)胞系，結(jié)合多種技術(shù)手段分析發(fā)現(xiàn)BRD2蛋白降解導(dǎo)致不同基因的Pol II轉(zhuǎn)錄起始和延伸障礙。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)組蛋修飾H3K4me3低的區(qū)域，需要BRD2幫助轉(zhuǎn)錄起始因子TAF3招募；高豐度H3K4me3修飾的活躍轉(zhuǎn)錄區(qū)域，需要BRD2抑制轉(zhuǎn)錄延伸過程中R-Loop的形成。隨后通過ChIP-seq實驗，探討B(tài)RD2、BRD3和BRD4之間的交叉調(diào)控關(guān)系。作者意外地觀察到，BRD2降解會導(dǎo)致BRD3在特定基因啟動子區(qū)域的結(jié)合增加，但是BRD2和BRD3在增強(qiáng)子和超增強(qiáng)子的占位存在協(xié)同占位。為了進(jìn)一步研究BRD2和BRD3對Pol II轉(zhuǎn)錄功能的影響，作者構(gòu)建了BRD2/BRD3單降解和雙降解細(xì)胞系，通過對不同BET蛋白的單獨和組合調(diào)低后的Pol II ChIP-seq測序結(jié)果的分析，提出BRD2和BRD3可以以協(xié)同、拮抗和獨立三種方式調(diào)控Pol II在不同基因上的轉(zhuǎn)錄。

基于上述發(fā)現(xiàn)，作者進(jìn)一步利用小鼠胚胎干細(xì)胞體外分化和多組學(xué)技術(shù)探討了BRD2調(diào)控Pol II轉(zhuǎn)錄的生理意義。研究發(fā)現(xiàn)BRD2在不同發(fā)育階段調(diào)控不同的基因：BRD2在干細(xì)胞階段調(diào)控的基因與干細(xì)胞命運(yùn)沒有直接關(guān)系；然而BRD2在分化過程中調(diào)控分化相關(guān)基因的表達(dá)。這些分化基因在干細(xì)胞階段有BRD2結(jié)合，BRD2降解后，相應(yīng)基因啟動子區(qū)域的Pol II起始也發(fā)生變化，表明BRD2在干細(xì)胞分化過程中蓄勢待發(fā)協(xié)調(diào)Pol II轉(zhuǎn)錄起始。

圖1.BRD2介導(dǎo)Pol II 轉(zhuǎn)錄調(diào)控的工作示意圖

北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院季雄和博士后黃捷是該論文的共同通訊作者。北京大學(xué)前沿交叉學(xué)科研究院博士研究生王晨璐和生命科學(xué)學(xué)院博士研究生許杞欽是該論文的共同第一作者。武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳亮課題組為該工作提供了重要幫助。該工作得到科技部國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心、細(xì)胞增殖與分化教育部重點實驗室的資助。感謝北京大學(xué)鳳凰工程多個儀器平臺對本項目的大力支持。