上海元莘生物合作客户湖北大学生命科学学院、省部共建生物催化与酶工程国家重点实验室李珊珊/余希岚教授课题组在Nature Communications在线发表文章：“Metabolic regulation of telomere silencing by SESAME complex-catalyzed H3T11 phosphorylation”，利用ChIP-seq等技术证明SESAME通过磷酸化端粒附近的组蛋白H3T11来促进SIR（沉默信息调节蛋白复合物）在端粒的结合，从而维持端粒的异染色质结构。进一步研究发现，SESAME催化的组蛋白H3T11磷酸化可阻止Sir2蛋白出核被自噬降解。其中部分测序和分析工作由上海元莘生物协助进行。
研究背景
异染色质区域包含大量的转录沉默区域，出芽酵母中，异染色质有三个主要位点，沉默交配型基因座（HML和HMR），端粒和核糖体DNA（rDNA），这些区域近端的基因会受到转录抑制；破坏或失去沉默染色质可能会导致染色质不稳定，一般会导致肿瘤的发生和细胞衰老。
酵母端粒的基因沉默主要是由SIR（Sir2 /Sir3 / Sir4）复合体（信息调节器）进行调控，SIR复合体常结合在常染色质-异染色质的交界处，即沿着端粒区域广泛分布；同时研究表明细胞衰老和糖代谢途径与SIR复合体中的Sir2活性之间存在关联。丙酮酸激酶复合物SEAME是李珊珊教授于2015年在Jerry Workman实验室纯化并鉴定的一种由糖代谢酶组成的蛋白酶复合体，复合物SESAME 包含丝氨酸代谢酶,SAM合成酶和乙酰辅酶a合成酶；糖酵解和丝氨酸代谢刺激SESAME可以结合在端粒上使H3T11磷酸化，促使SIR复合体的装配，进而影响近端粒基因的的表达，并赋予细胞抵抗氧化应激的能力，进一步反馈对细胞衰老和代谢的调控。
技术路线
实验对出芽酵母进行基因重组和过表达处理，借助ChIP-seq技术证明SESAME的亚基（Pyk1和Ser33）和H3pT11共富集在端粒和近端粒区域，同时证明SIR复合体中sir2会明显受到H3pT11的影响，实验验证证明H3pT11会显著影响SIR复合体的量；从自噬角度验证，Sir2会通过自噬角度降解，通过敲除和WB验证，证明SESAME对H3T11的磷酸化，会影响自噬基因ATG的表达，ATG基因的敲除也会反馈到Sir2含量的增加。
研究结果概要
H3pT11和SESAME在端粒区域共富集
根据ChIP-seq结果显示，突变体中SESAME调控的H3pT11在TSS和端粒区域均有富集，说明SESAME除了在端粒区域结合外也由于突变体内基因的变化，影响了高表达基因的表达。SESAME催化的H3pT11可以促进SIR复合体在端粒上的结合，维持端粒的转录沉默SIR复合体的丰度明显受到H3pT11的影响，ChIP-seq序列显示H3pT11/H3、Sir2、Sir3和Sir4在典型端粒20kb内富集。
H3pT11会诱导SIR复合体结合在端粒区域，维持端粒沉默
SESAME会间接影响到SIR复合体在端粒的富集
敲除SESAME亚基基因后，可以检测到H3pT11丰度降低，且Sir2显著降低，并通过实验验证了上述结果。
SESAME催化的H3pT11阻止Sir2核输出，并抑制自噬介导的Sir2降解
并通过免疫沉淀实验可以观察敲除SESAME中亚基基因后，Sir2蛋白会显著扩散到核外，并通过WB验证观察到Sir2显著降解；敲除自噬基因atg后，可以观察到Sir2蛋白含量显著提高。说明：SESAME催化的H3pT11阻止Sir2核输出，并抑制自噬介导的Sir2降解。
研究结果汇总
衰老和代谢过程会诱导复合体SESAME与H3T11的结合，诱导H3pT11的形成，作为端粒异染色质的表观遗传调控因子，揭示了自噬在调节端粒沉默中的作用。同时结果证明H3pT11不通过调控细胞的超簇现象维持端粒沉默，衰老过程中，H3pT11降低，导致sir2结合减少，加速sir2的核输出，同时减少H3pT11会进一步诱导自噬基因（ATG3/ATG4等）高表达，加速降解sir2。
参考文献
1. Li S, Swanson SK, Gogol M, Florens L, Washburn MP, Workman JL, Suganuma T. Serine and SAM Responsive Complex SESAME Regulates Histone Modification Crosstalk by Sensing Cellular Metabolism. Mol Cell. 2015 Nov 5;60(3):408-21. doi: 10.1016/j.molcel.2015.09.024. Epub 2015 Oct 29. PMID: 26527276.
2. Zhang S, Yu X, Zhang Y, Xue X, Yu Q, Zha Z, Gogol M, Workman JL, Li S. Metabolic regulation of telomere silencing by SESAME complex-catalyzed H3T11 phosphorylation. Nat Commun. 2021 Jan 26;12(1):594. doi: 10.1038/s41467-020-20711-1. PMID: 33500413; PMCID: PMC7838282.
