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组蛋白甲基化修饰在胚胎发育和胚胎干细胞(ESCs)自我更新及分化过程中发挥重要作用。组蛋白H3第4位上赖氨酸的三甲基化(H3K4me3)调控基因的转录激活，而第27位上赖氨酸的三甲基化(H3K27me3)与转录抑制有关。在干细胞（包括胚胎干细胞，早期胚胎细胞和成体干细胞）中，发育调控基因启动子上却同时存在H3K4me3和H3K27me3两种修饰，这种特殊的修饰状态被称作二价结构域(Bivalent Domain)，在干细胞分化过程中这些基因上会逐渐由两种修饰变成一种修饰，该过程叫做二价结构域的解除(Bivalent Domain Resolution)。二价结构域修饰使发育调控基因在干细胞中维持低表达状态(Poised state)，在分化过程中快速激活。然而在干细胞中二价结构域如何建立，在干细胞分化过程中二价结构域如何解除的分子机制还不清楚。 UTX和JMJD3是最近发现的特异地针对H3K27me2和H3K27me3的去甲基化酶，UTX还是H3K4me3甲基转移酶复合物MLL3/4的一个亚基。在本课题中，我们以小鼠胚胎干细胞为研究对象，系统地研究了Utx和Jmjd3催化的主动去甲基化在二价机构域建立和解除中的功能和分子机制。我们发现在ES细胞中，Utx结合在二价结构域基因上并调控它们的表达，敲除Utx导致二价结构域基因上H3K27me3增加而H3K4me3减少;在ES分化过程中，二价结构域基因上H3K4me3的增加依赖于Utx，但是大部分基因上H3K27me3的减少并不依赖于Utx，少量基因上H3K27me3的减少只是稍微依赖Utx。有趣的是Utx调控二价结构域上的H3K4me3和H3K27me3以及二价结构域基因的表达并不依赖于去甲基化酶活性。在基因组上Utx与H3K27me3甲基转移酶Ezh2有相同的结合基序(bindingmotif)，Utx调控MⅡ3/4在二价结构域基因上的结合。Jmjd3敲除对二价结构域基因的表达没有明显影响。 我们的研究从主动的去甲基化的角度，首次系统分析和比较了现有的两个H3K27me3去甲基化酶Utx和Jmjd3在二价结构域建立和解除中的功能，为研究二价结构域建立和解除的分子机制提供了理论基础。