Плюрипотентность и способность к самообновлению ES клеток привлекает огромный интерес в отношении лежащих в основе механизмов. Три транскрипционных фактора, Oct4, Sox2 и Nanog, являются основными регуляторами, участвующими в плюрипотентности и самообновлении ES клеток (Boyer et al, 2005). Показано, что регуляция нижестоящих мишеней с помощью Oct4, Sox2 и Nanog зависит от эпигенетического состояния хроматина.

В целом метилирование гистонов H3K4 и H3K36 ассоциировано с активной транскрипцией, тогда как метилирование H3K9 и H3K27 связано с молчанием генов (Li et al, 2007). Экспрессия генов тонко регулируется энзимами, обеспечивающими модификации гистонов. Некоторые гистоновые деметилазы (KDMs), как было установлено, участвуют в клеточной плюрипотентности. Предыдущие исследования показали, что KDM3A и KDM4C позитивно регулируют гены самообновления путем деметилирования репрессивных меток H3K9me2/me3 на их промоторах (Loh et al, 2007). В данном номере The EMBO Journal, Xie et al (2011) продемонстрировали новую роль KDM5B как транскрипционного активатора генов, связанных с самообновлением.

C помощью анализа ChIP-seq всего генома, Xie et al (2011) установили, что KDM5B является непосредственной мишенью Nanog. Нокдаун KDM5B ведет к клеточной дифференцировке и снижению пролиферации ES клеток. В противоположность предыдущему исследованию, в котором KDM5B, как было установлено, функционирует в качестве репрессора генов, контролирующих дифференцировку клеток (Dey et al, 2008), здесь функционирует KDM5B в качестве активатора генов, ассоциированных с самообновлением. С помощью ChIP-seq анализа было установлено, что KDM5B ассоциирует с внутригенными регионами генов, которые позитивно регулируются c помощью KDM5B. Дальнейший анализ выявил, что распределение расположения KDM5B высоко скоррелировано с распределеием H3K36me3, меткой, ассоциированной с активно транскрибируемыми генами, и что деметилаза рекрутируется на H3K36me3 c помощью MRG15. Интересно, что гмолог KDM5Bу мух, Lid, также взаимодействует с MRG15 (Lee et al, 2009). Это привело к предложению модели, согласно которой H3K4 деметилаза взаимодействует с транскрипцией ассоциированной с элонгацией H3K36me3 метки посредством комплекса Rpd3S-like гистоновой деацетилазы (Figure 1A). Более того, недавнее сообщение показало, что MRG15 также рекрутирует фактор сплайсинга, PTB, чтобы обеспечить альтернативный сплайсинг экзонов, меченных H3K36me3 (Luco et al, 2010), указывая тем самым, что KDM5B может также участвовать в сплайсинге путем регуляции внутригенной H3K4me3.

У S. cerevisiae, H3K36me3 рекрутирует комплекс Rpd3S гистоновой деацетилазы на активно транскрибируемые гены, создавая тем самым гипоацетилированные условия в хроматине, предупреждающие скрытую транскрипцию (Carrozza et al, 2005). Однако регуляция скрытой транскрипцией в клетках млекопитающих остается неясной. Здесь Xie et al (2011) установили, что KDM5B действует, удаляя H3K4me3 метки, отложенные c помощью элонгирующей Pol II-ассоциированной H3K4me3 метилтрансферазы, MLL. Нокдаун KDM5B приводит к увеличению рекрутирования Pol II на внутригенные пики H3K4me3, которые указывают на потенциальные сайты инициации скрытой транскрипции (Figure 1B). В соответствии с этим истощение KDM5B ведет к увеличению скрытой транскрипции, тогда как уровень транскрипции полной длины снижается. Это указывает на то, что KDM5B действует, способствуя продуктивной транскрипционной элонгации, которая поддерживает экспрессию самообновляющихся генов в ES клетках. Интересно, что KDM5A, др. член семейство KDM5, также является MRG15-ассоциированным белком и негативно регулирует внутригенные H3K4me3 в клетках HeLa (Hayakawa et al, 2007). Однако в ES клетках мышей, KDM5A ,как было установлено, скоординирован с комплексом PRC2 на промоторе, чтобы репрессировать экспрессиию онтогенетических генов (Pasini et al, 2008). Т.о., множественные механизмы могут вносить вклад в специфичность рекрутирования H3K4me3 demethylase во внутригенную область. Вовлечение разных KDMs в регуляцию генной экспрессии показывает высоко специфичный регуляторный циркуит, гарантирующий плюрипотентность ES клеток.

Известно, что H3K4me3 чаще всего встречается на 5' конце генов и маркирует активные промоторы (Li et al, 2007). Однако комплекс MLL, который обеспечивает метилирование H3K4, обнаруживает взаимодействие с удлиняющей Pol II (Krogan et al, 2003). Здесь было предположено, что KDM5B стирает H3K4me3 метки вдоль кодирующей области, устанавливая 5'-enriched градиент H3K4me3. Скрытая транскрипция, наблюдаемая после нокдауна KDM5B указывает на новый путь, в котором инициация скрытой транскрипции является следствием закладки внутригенных H3K4me3 меток, это ведет к рекрутированию аппарата инициации транскрипции на скрытый (cryptic) промотор.