在真核生物中,DNA作为遗传信息的载体,以染色质的形式储存在细胞核中。常规组蛋白与其相应的组蛋白变体之间的置换过程可以改变染色质的疏密程度,是调节染色质构象的关键因素,也是表观遗传如何调控基因转录的重要基础科学问题之一。H3.3和H2A.Z作为物种间保守的组蛋白变体,在染色质结构动态调控以及基因转录调控过程中十分活跃。本课题组之前的体外单分子实验证明,H3.3组成的染色质结构更为疏松,H2A.Z组成的染色质结构更为紧密,体内实验结果显示二者在基因转录激活过程中存在密切且复杂的联系。目前已知HIRA复合物作为H3.3的分子伴侣将其招募至基因转录活跃区域。H2A.Z作为调控基因组稳定性的关键因子,其在基因组上的定位主要受到染色质重塑复合物SRCAP的调控。然而,H2A.Z与H3.3之间的具体关联机制尚不清楚。本研究通过Ch IP-seq方法分析H2A.Z的基因组数据发现,在小鼠胚胎干细胞中,敲除HIRA复合物会导致H2A.Z在基因组上的富集程度明显下调,特别是在启动子和增强子区域,并且存在H3.3依赖的和不依赖的两种途径。体内和体外结合实验表明,HIRA复合物与SRCAP复合物之间存在相互作用,暗示HIRA复合物对H2A.Z的调控由SRCAP复合物介导。CUT＆Tag数据分析显示,HIRA复合物、SRCAP复合物以及H2A.Z在基因组上存在明显的共定位。HIRA复合物缺失会导致SRCAP复合物在基因组上的富集程度降低,从而影响H2A.Z的招募。因此,HIRA复合物作为上游调控因子可以通过与SRCAP复合物相互作用来协助调控H2A.Z在基因组上的分布。为进一步研究H2A.Z与H3.3关联机制对染色质结构的影响,本研究利用GST-MNase-seq以及ATAC-seq技术分析了基因组转录区域的染色质可接近性。结果显示,HIRA复合物通过影响H2A.Z的富集程度调节转录起始位点附近的染色质稳定性和可接近性。此外,联合分析转录组测序数据发现,在t RA诱导干细胞分化模型中,HIRA复合物介导的染色质状态在基因转录激活过程中起到重要作用。因此,HIRA复合物不仅是H3.3的分子伴侣,还能够与SRCAP结合来招募H2A.Z到转录调控区域,这种双变体特征的染色质和表观遗传状态赋予了相关基因的转录潜能性。此外,HIRA复合物的缺失会导致干细胞向神经前体细胞分化过程发生异常以及相关基因无法正常激活。本研究还发现,干细胞中HIRA复合物缺失导致一系列甲基转移酶的表达水平产生变化,同时伴随基因组水平的DNA甲基化下调,这可能是HIRA复合物参与基因转录调控的另一潜在分子机制。综上所述,除了作为H3.3的分子伴侣之外,HIRA复合物也可以通过SRCAP协助调控H2A.Z在基因组上的分布,从而建立起具有高度可塑性的染色质结构,对维持小鼠胚胎干细胞的基因转录潜能性有重要作用。