别被长长的综述吓到，解构思维，画出导图，就能抓住关键。
Polycomb repressive complex 2 (PRC2)是一个染色质相关的甲基化酶，催化H3组蛋白第27位赖氨酸的一甲基化、二甲基化和三甲基化，这在正常组织发育和维持正常细胞特性的基因表达中至关重要。PRC2功能的失控通常会引发疾病，因而PRC2也是肿瘤治疗中的靶点。
由Kristian Helin博士通讯的这篇综述总结了现有研究中指导PRC2募集和H3K27甲基化的相关分子机制，提出了依然存在的问题并进行了讨论，以此希望能指导关于PRC2的研究，增加研究者们对PRC2的了解。（点击阅读原文即可下载，提取码1024）
全文共分15小结，笔者根据各个小结内容的相关性将它们分为5个部分进行解读。全文梗概可以参考下面的思维导图：
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全文背景介绍
复杂的基因表达调控和转录控制对细胞特性的维持十分重要。转录因子和染色质结合蛋白发挥了重要的转录控制作用，其中一种Polycomb group蛋白（PcG）是维持转录抑制的一种重要的染色质相关因子，而本文的主要论述对象——PRC2是其中一员。
研究最广泛的PRC包括PRC1和PRC2。PRC1是对组蛋白H2A第119位赖氨酸进行单泛素化（H2AK119ub1），它的催化亚基包括RING1A或RING1B。而PRC2是对组蛋白H3第27位赖氨酸（H3K27）进行一甲基化（H3K27me1）、二甲基化（H3K27me2）和三甲基化（H3K27me3），它的核心亚基包括SUZ12、EED以及发挥甲基转移酶作用的EZH2或其同源物EZH1。
除此以外，PRC2核心亚基会与组蛋白结合蛋白如RBBP4/7结合成复合体，这对于PRC2的募集或其催化活性都有影响。根据其亚基组成，PRC2可以分为两个亚型，即PRC2.1和PRC2.2。其中PRC2.1包括PRC2核心亚基和PCL蛋白或EPOP蛋白或PALI蛋白；PRC2.2包括PRC2核心亚基、JARID2和AEBP2蛋白。
PRC2是唯一发现的H3K27甲基化酶，在小鼠胚胎干细胞（mESCs）中负责全部H3K27的甲基化，由此可见其功能在胚胎发育过程中十分重要。H3K27的甲基化分为三级，即一甲基化、二甲基化和三甲基化，其分别在基因组中的分布如下表所示：
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PRC2的募集与H3K27甲基化的积累差异
ChIP结果显示，PRC2只结合在那些沉默基因启动子的H3K27阳性CpG岛，但显然这与其重要的生物学功能不符。上文提到PRC2在mESCs中负责所有H3K27的甲基化，而且DNA复制后有大量组蛋白需要及时进行甲基化修饰，因此，PRC2一定是需要与相当大的一部分基因组染色质结合而发挥甲基化作用的。
那么，为什么ChIP实验无法进行检测呢？
ChIP实验的局限性在于其只能较准确地检测出稳定结合的片段，而广泛存在的分散的H3K27me2和基因内的H3K27me1无法用ChIP检测。另外，很多这样的结合位点的结合时间都很短暂，瞬息万变。另一项佐证是，单分子显微研究（single-molecule microscopy）证明约80%的PRC2具有高移动性。
H3K27甲基化的积累是与PRC2的催化效率相关的。PRC2对H3K27me1和H3K27me2的催化效率极高，因此尽管结合的时间短暂，PRC2依然能够完成催化反应，而对于H3K27me3的催化则需要更久的时间，这也要求PRC3与三甲基化区域结合更加紧密，以提供足够的催化时间。另外的研究发现，H3K27的甲基化同时受到KDM6家族的去甲基化调节。
作者在第5小结中对文章中采用的“募集”，即“Recruitment”一词进行了进一步的解释。募集一词通常指转录因子招募相关因子形成复合体调控基因表达，但目前还没有发现PRC2有类似的招募对象，为了方便理解作者采用“Recruitment”代替了术语“Occupancy”。
但PRC2结合的CpG岛（CGIs）具有CpG含量高，独特的DNA结构，转录缺失，PRC1和H2AK119ub1共占位的特点，作者据此作出推测，能够利用这些特点维持在染色质上的长时间停留的结合因子或许可以看作是PRC2的招募对象。
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影响PRC2募集和催化活性的因素
在第6小结中，作者提出了以下几点影响PRC2募集和催化活性的因素：
（1）核心PRC2亚基和非核心亚基与DNA或组蛋白的结合调控PRC2的募集以及进一步调控PRC2在染色质上的结合时间；
（2）局部染色质状态，RNA，PRC1介导的H2AK119ub1调节催化活性；
（3）其他组蛋白调控。
在随后的4个小结中，作者对以上几点因素进行了逐一分析。
首先，作者分析了PRC2结合区域的物理特性。哺乳动物PRC1和PRC2与基因组的结合区域有大片重复序列，且主要富集在非转录基因富含CpG的启动子中的转录起始点附近，这表明作为哺乳动物顺式调控元件的CpG对于PRC的募集是至关重要的。
另外一些研究表明，那些能够影响DNA物理性质的因素也决定了顺式调控PRC2结合元件的保守性，这些因素包括核小体间隔、DNA结构、全染色质构造。但这些物理特性发挥了什么作用，如何发挥作用依然需要研究来证明。
随后，作者也分析了近年来的研究热点非编码RNA（ncRNA）对于PRC2募集的调控。例如在X染色体失活过程中发挥顺式调控作用的XIST，在X染色体失活过程中引导PRC2募集到X染色体上；还有发挥反式调控作用的HOTAIR也能够引导PRC2募集并反式沉默HOXD位点，但PRC2的募集对以上两种ncRNA发挥功能不是必要的。
在众多关于RNA调控PRC2募集或催化活性的研究中，还是有一部分表明，RNA能够通过竞争或干扰PRC2与DNA的结合，但不影响PRC2的催化活性，还有一部分PRC2靶基因的转录本对PRC2与其启动子的结合有一定“约束力”，但其机制还有待阐明。
接着，作者阐述了PRC1和PRC2的协同调节作用和相互调控关系。初始的PRC2募集与H3K27的甲基化指导了PRC1的募集，二者轮流促进染色质凝集，保持对非转录基因的抑制。而PRC2的缺失也会轻微影响H2AK119ub1的水平，H2AK119ub1通过与JARID2的结合影响PRC2的结合和/或催化活性。
最后，作者总结了组蛋白调控对PRC2结合或催化活性的影响。除了上文提到的H2AK119ub1与包含JARID2的PRC2复合体的结合外，PRC2的催化产物H3K27me3，H3K36me2/me3，H3K4me3对PRC2的结合和活性也发挥了调控作用。
具体来看，EZH2的甲基转移酶活性可以通过H3K27me3与位于PRC2活性位点近端的核心亚基EED中的芳香笼结合而变构活化，这对于PRC2结合区域H3K27me3的高效积累和传播是必要的。
但同时也发现，仅有H3K27me3与EED的结合对于PRC2的募集和催化是不够的，还需要其他亚基的协助，其中包括一些非核心PRC2复合体亚基，例如PCL家族蛋白。PCL蛋白与H3K27me3的结合促进了PRC2的募集和H3K27me3的积累以及转录抑制作用。
有趣的是，组蛋白对PRC2的调控不仅是正向的，也包括负向的，比如H3K36me2/me3不仅抑制PRC2的催化活性，还会抑制其与转录区域的结合。
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PRC2亚基的特点
在这一部分中，作者分别详细阐述了现有研究中PRC2几个亚基的结构和功能。在PRC2复合体核心亚基中，最重要的是SUZ12 N末端。其重要性有很多体现：
（1）染色质与SUZ12 N端结合的比例同染色质与完整PRC2结合比例呈正相关；
（2）EED和EZH2对形成PRC2-染色质强结合是不够的，但SUZ12对于强结合是足够的；
（3）SUZ12介导的染色质结合不受其他核心亚基的影响；
（4）一些非核心亚基都是通过与SUZ12亚基的结合而介导PRC2的募集。
另外，作者还介绍了一些PRC2复合体非核心亚基，相关功能摘要见下表：
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总结部分
大量关于PRC2结构与功能的研究表明，调控PRC2结合于特定染色质区域的因素和直接影响PRC2催化活性的因素构成了控制PRC2功能和H3K27甲基化的复杂网络。总体来说，目前的研究已经发现核心PRC2亚基可以结合在连接DNA上，而与CGIs的结合需要PCL蛋白的参与，其他的亚基通过进一步调控结合和/或PRC2催化活性而作用于H3K27甲基化。
负调控包括RNA转录本对PRC2结合的潜在阻遏作用以及通过H3K4me3和H3K36me2/me3的催化活性抑制作用防止转录区域H3K27me3的异常累积。
相反，其他一些与PRC2共定位于CGIs的因子可能发挥了激活作用，如非核心PRC2亚基、H3K27me3和PRC1累积的H2AK119ub1。
关于PRC2.1和PRC2.2的功能方面，还有很多研究有待开展。例如探究核小体密度和核小体交换在调节H3K27甲基化模式和PRC2活性中的作用，探究可能存在的RNA对于PRC2的染色质结合和催化活性的影响，全面阐明单独或具有重叠作用的非核心PRC2亚基的作用机制，关于SUZ12 N端如何结合非核心亚基和/或其他亚基并与含CpG DNA结合的结构分析。
参考资料：
Molecular Mechanisms Directing PRC2 Recruitment and H3K27 Methylation
文章转自解螺旋微信公众号
原创： Matthew
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