新闻网讯 10月31日，基础医学院郭峥教授团队在《美国国家科学院院刊》（PNAS）发表了题为“关于果蝇干细胞不对称分裂过程中组蛋白是否不对称分离的再评估（Reevaluation of whether histones are asymmetrically segregated during asymmetric divisions of stem cells in Drosophila）”的研究文章。基础医学院医学遗传学系博士生李安奇和童东为文章共同第一作者，基础医学院医学遗传学系郭峥教授和美国西南医学中心的Benjamin Ohlstein副教授为共同通讯作者。

约翰霍普金斯大学的Xin Chen团队采用热激（温度）转换的双色荧光组蛋白表达系统，发现在果蝇生殖干细胞（germline stem cells，GSCs）与肠道干细胞（intestinal stem cells，ISCs）不对称分裂过程中，复制依赖的组蛋白H3.1（histone H3.1，H3.1）在两个子代细胞之间呈现“新-旧组蛋白不对称分布”的模式：即干细胞原有的组蛋白H3.1（旧组蛋白）在干细胞不对称分裂的过程中分配到了将来成为干细胞的子代细胞中，而在有丝分裂过程中新合成的组蛋白H3.1（新组蛋白），则被分配到将来分化的子代细胞中。这一结果提示继承于干细胞中的旧组蛋白H3.1所承载的表观遗传修饰，决定了子代细胞干细胞的命运。

为探究内源性组蛋白H3（histone H3，H3）在果蝇干细胞不对称分裂过程中的分布情况，该研究利用携带光转换荧光标签（Dendra2）标记的内源性组蛋白H3.1（H3.1-Dendra2）和H3.3（复制依赖的H3变体，H3.3-Dendra2），在果蝇干细胞不对称分裂过程中对“新-旧组蛋白”分布模式进行了量化分析。为实现荧光蛋白Dendra2活体水平的光学转换，郭峥教授团队将自主开发的FlyVAB活体果蝇成像装置与395 nm紫外光源结合，构建了活体光转换系统。

图为活体果蝇Dendra2光转换装置。

利用上述光转换系统，该研究发现在果蝇ISC与睾丸中包囊干细胞（somatic cyststemcell，CySC）的不对称分裂中，“新-旧”H3.1-Dendra2与H3.3-Dendra2均对称分布于两个子代细胞（图2）。在GSC不对称分裂中，“新-旧”H3.3-Dendra2对称分布。

图为ISC不对称分裂过程中新旧H3.1-Dendra2呈对称分布。

令人惊讶的是在GSC中无法检测到H3.1-Dendra2的表达。随后的机制实验表明H3.1的3'UTR被GSC中特异表达的，在翻译抑制复合体中的RNA结合蛋白Nanos/Pumilio所识别，从而抑制了H3.1在GSC中的表达。

图为GSC中检测不到H3.1-Dendra2的表达。

当H3.1的3'UTR被替换为H3.3的3'UTR时，H3.1-Dendra2顺利表达于GSC中，并在GSC的不对称分裂中“新-旧”H3.1-Dendra2对称分布于两个子代细胞（图4A，B）。

图为H3.1'-Dendra2在GSC不对称分裂过程中呈对称分布。

研究通过创新的活体荧光标记光转换技术发现，内源性的“新-旧”组蛋白H3.1与H3.3在果蝇干细胞不对称分裂中均呈对称分布。这一结果提示果蝇干细胞子代细胞命运的不对称性可能不需要新旧组蛋白不对称分布的参与。

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https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2513015122