揭示拟南芥ATX1/2-COMPASS-like复合体位点特异性识别的新机制

Complex proteins Associated with Set1 (COMPASS) 或COMPASS-like是负责催化H3K4甲基化（H3K4me）的一类复合体，并保守的存在于多个物种中，例如酵母，果蝇，哺乳动物及植物[1]。COMPASS复合体最早在酵母中被鉴定[2]，仅存在一种Set1-COMPASS复合体负责催化H3K4me[1-3]。在哺乳动物中，由于H3K4甲基转移酶催化活性及辅因子的不同，COMPASS和COMPASS-like复合体被划分成了三类，分别具有不同的功能，并且多种招募COMPASS复合体到靶位点的机制也已被报道[3,4]。模式植物拟南芥中，COMPASS-like复合体的各个组分已成功鉴定[5]，但关于COMPASS-like复合体的底物特异性识别机制尚未完全清楚。该研究揭示了模式植物拟南芥ATX1/2-COMPASS-like复合体位点特异性识别的新机制及JMJ28在植物免疫调控中的作用。

作者在拟南芥中通过免疫沉淀质谱分析发现JmjC家族蛋白JMJ28作为ATX1/2-COMPASS-like复合体的互作因子发挥功能(图1A)，并利用酵母双杂交以及双分子荧光互补实验证明JMJ28与COMPASS-like复合体的核心组分RBL存在直接相互作用。通过JMJ28和潜在的H3K4甲基转移酶ATX2的全基因组分析，作者发现JMJ28偏好结合在转录活跃的常染色质区域(图1B)并且与ATX2在基因组水平上高度共定位(图1C)。JMJ28功能的丧失，使ATX2在基因组水平上的靶位点结合能力大幅下降，表明JMJ28负责招募ATX1/2-COMPASS-like复合体至靶位点(图1D)。

图1 JMJ28是ATX1/2-COMPASS-like复合体的互作因子并负责招募该复合体至靶位点

（图源：Xie, S. S. et al., Cell reports, 2023）

为了进一步探究JMJ28招募COMPASS-like复合体的分子机制，作者构建了JMJ28各个功能结构域的点突回补遗传学材料。研究发现，只有WRC结构域突变会影响JMJ28对靶位点的结合能力（图2A）。作者通过生信分析与EMSA实验发现JMJ28的WRC结构域负责特异的识别“YTGCAG”DNA基序(图2B-D)。当JMJ28突变后，研究发现部分位点上H3K4me3修饰水平大幅降低，基因表达也呈现显著下调。而在部分位点上，H3K4me3修饰与基因表达水平均无明显变化(图2E)。作者通过进一步探索，发现ATX1/2-COMPASS-like复合体在部分位点上的调控可能与其他类型COMPASS-like复合体功能冗余(图2F)。有趣的是，作者还发现JMJ28参与负调节植物免疫(图2G)。JMJ28自身的基因表达在响应病原体侵染时显著下调。此外，其介导的H3K4me3的沉积也参与了多种免疫基因的转录调控。综上所述，该研究揭示了植物中COMPASS-like复合体实现底物特异性的一种分子机制（图3）。

图2 JMJ28介导靶位点上H3K4me3修饰的沉积并参与植物免疫调控

（图源：Xie, S. S. et al., Cell reports, 2023）

图3 JMJ28介导的ATX1/2-COMPASS-like复合体底物特异性识别的分子模型

（图源：Xie, S. S. et al., Cell reports, 2023）

文章结论与讨论，启发与展望

COMPASS-like复合体被特异性招募调控基因转录事件对于植物的生长发育以及免疫信号响应等过程是至关重要的。探究这一分子机制有助于我们更好了解COMPASS-like复合体在体内如何实现底物特异性及发挥功能。该研究阐明了ATX1/2-COMPASS-like复合体通过其互作因子JMJ28的WRC结构域特异的识别DNA基序，被招募至靶位点催化H3K4me3修饰的沉积。

由于COMPASS-like复合体之间存在广泛的功能冗余，以及与其他甲基转移酶相比，ATX1/2对H3K4me3的贡献相对较小，导致鉴定出的受JMJ28特定靶向的位点数量并不多。另外，目前尚不清楚JMJ28所识别的“YTGCAG”DNA基序是否也被其他类型COMPASS-like复合体的相互作用因子识别，甚至被其他生物使用。这些机制都有待未来进一步探究。