2015年1月30日，北京生命科學(xué)研究所朱冰課題組在《Genes and Development》雜志在線發(fā)表題為“Recognition of H3K9 methylation by GLP is required for efficient establishment of H3K9 methylation, rapid target gene repression and mouse viability”的研究論文。該研究報道了一種新的組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶GLP的激活機制，以及該機制在體內(nèi)的功能。

朱冰課題組此前的研究發(fā)現(xiàn)組蛋白修飾的繼承不是通過在單核小體水平進行修飾的拷貝，但不清楚組蛋白修飾是否可以通過拷貝的方式向相鄰核小體蔓延。此外，朱冰課題組先前的研究發(fā)現(xiàn)H3K9二甲基化是細胞周期中建立最快的組蛋白修飾，GLP和G9a是哺乳動物細胞內(nèi)主要的組蛋白H3K9二甲基化酶。此前有報道表明，GLP、G9a具有Ankyrin結(jié)構(gòu)域，該結(jié)構(gòu)域可以結(jié)合它們的催化產(chǎn)物H3K9me1和H3K9me2。這一特點帶來了一種有趣的可能性：GLP、G9a是否可以通過結(jié)合其催化產(chǎn)物，進而催化相鄰核小體上的甲基化反應(yīng)？這種復(fù)制-粘貼組蛋白修飾的能力如果存在，可能為組蛋白H3K9甲基化修飾的繼承或建立提供機制性解釋。

該研究發(fā)現(xiàn)，GLP的活性可以被相鄰核小體上H3K9的單甲基化修飾激活，而G9a的活性可以被相鄰核小體上H3K9的二甲基化修飾激活。并且這種激活依賴于GLP、G9a的Ankyrin結(jié)構(gòu)域?qū)?/span> H3K9甲基化的識別。當(dāng)Ankyrin結(jié)構(gòu)域中參與H3K9me1/2結(jié)合的氨基酸突變之后，該激活活性不再存在。通過基因敲入，在GLP、G9a的Ankyrin結(jié)構(gòu)域引入同樣的氨基酸突變后，H3K9甲基化結(jié)合能力喪失的GLP突變體小鼠出現(xiàn)了胚胎發(fā)育遲緩、頭骨骨化遲緩以及出生后致死的表型。

該研究發(fā)現(xiàn)H3K9甲基化結(jié)合能力喪失的GLP突變體不影響穩(wěn)態(tài)情況下細胞內(nèi)的H3K9甲基化水平，表明該能力與H3K9甲基化的繼承性無關(guān)。然而，在胚胎干細胞分化過程中，如果GLP喪失了H3K9甲基化的結(jié)合能力，就導(dǎo)致大量的基因無法正常建立H3K9二甲基化修飾，進而導(dǎo)致其表達不能正確下調(diào)。這些基因包括了重要的干細胞多能性基因Oct4, Nanog和Fgf4等。

這些發(fā)現(xiàn)揭示了一種新的組蛋白修飾建立機制：組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶GLP結(jié)合H3K9甲基化修飾并被激活，從而在細胞分化過程中，在應(yīng)該沉默的基因上迅速建立H3K9二甲基化修飾，并抑制其表達。