PWO（PWWP-DOMAIN INTERACTOR OF POLYCOMBS）家族蛋白是一组植物特异蛋白，其家族包括三个成员PWO1、PWO2和PWO3，它们在植物生长发育过程中起到重要作用。PWO家族蛋白可以与植物中的类核纤层蛋白（Lamin-like protein）相互作用，从而介导异染色质在细胞核膜附近的沉默。CRWN家族蛋白是拟南芥中的类核纤层蛋白，存在于核膜周围，也被报道可以影响染色质的高级结构。PWO1可以与CRWN1互作，并且PWO家族蛋白突变体同样表现出类似CRWN家族突变体的细胞核大小变化，在一定程度上影响染色质在细胞核内的排布，暗示PWO家族蛋白在染色质高级结构的形成和维持中起一定的在作用。然而，PWO家族蛋白调控染色质结构的分子机制尚不清楚。2024年11月11日，蛋白质与植物基因研究国家重点实验室、北京大学现代农学院、北京大学-清华大学生命科学联合中心周岳课题组在Nucleic Acids Research上在线发表了题为“PWOs repress gene transcription by regulating chromatin structures in Arabidopsis”的研究论文，揭示了PWOs蛋白通过调控H3K27me3富集的结构域（H3K27me3-CDs）稳定性，并与CRWNs协同抑制结构域内部基因的表达。
周岳课题组通过遗传学和多组学方法分析了PWO1蛋白的结合位点以及PWOs突变体的染色质3D结构，研究结果显示PWO1蛋白结合位点富含H3K4me3、H3K36me3等激活性组蛋白修饰，但与抑制性组蛋白修饰H3K27me3互斥。此外，PWO1蛋白倾向性的结合在H3K27me3-CDs边界区域，并起维持边界强度的作用。同时，研究人员发现PWOs在调控H3K27me3-CDs内染色质结构起到重要作用。在pwo123突变体或PRC2的功能缺失突变体（clf swn）中，H3K27me3-CDs内染色质区室发生翻转，同时区室强度也显著降低。研究人员进一步通过荧光原位杂交（3D-FISH）技术检测了其中一个H3K27me3-CD的空间位置。研究数据表明PWOs蛋白或PRC2的功能缺失导致H3K27me3-CDs从核外周迁移到细胞核内部。
此外，研究结果表明pwo123和crwn1突变体的染色质结构变化高度相似。首先，在crwn1突变体中，被PWO1结合的H3K27me3-CDs的互作强度显著降低；其次，crwn1突变体中H3K27me3-CDs内也发生了染色质区室的转换。RNA-seq结果显示，在pwo123和crwn12突变体中，H3K27me3-CDs中的差异表达基因高度重叠，与野生型相比，突变体中的差异表达基因表达水平显著升高。这些结果表明PWOs和CRWNs协同调节染色质结构并抑制基因转录（图一）。
图一 PWOs家族蛋白调节H3K27me3结构并抑制基因转录
北京大学现代农学院博士后杨婷婷，北京大学前沿交叉学科研究院博士生王鼎岳、北京大学现代农学院博士生骆凌霄及已出站博士后尹晓畅为本文并列第一作者，北京大学现代农学院周岳研究员为论文通讯作者。该研究得到科技创新2030-重大项目、国家自然科学基金、中国科学院青年交叉团队、中国博士后科学基金面上项目、国家资助博士后研究人员计划、蛋白质与植物基因研究国家重点实验室、北京大学现代农学院、北京大学-清华大学生命科学联合中心的资助。
周岳课题组常年招收博士研究生，欢迎对植物表观研究领域感兴趣的同学报名CLS和PTN项目，或者北京大学现代农学院！
编辑 | 杜轩昊
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