表观遗传修饰，包括组蛋白的翻译后修饰，与转录调控密切相关。三甲基化的H3赖氨酸4（H3K4me3）是最受研究的组蛋白修饰之一，因为它在转录起始位点的富集以及与基因表达和决定细胞命运、发育和疾病的过程相关。在这篇综述中，我们重点关注最近的研究，这些研究揭示了H3K4me3的水平和模式是如何调控的，以及H3K4me3如何有助于调控转录的特定阶段，如RNA聚合酶II的启动、暂停-释放、异质性和一致性。这些研究的结论是，H3K4me3本身调控基因表达，其精确调控对于正常发育和预防疾病至关重要。
* 催化H3赖氨酸4（H3K4）的单甲基化、双甲基化和三甲基化及去甲基化的蛋白质复合物，以及读取这些修饰的复合物，对于分化和发育至关重要。
* 更具体地说，三甲基化的H3K4（H3K4me3）在调控基因表达、转录记忆和一致性方面发挥着关键作用。
* 最近的研究表明，H3K4me3在基因表达中的作用可能与最初的想法不同。
* 在癌症体细胞中常见到调控H3K4甲基化和去甲基化的基因发生改变。
H3K4甲基化
DNA组织成染色质的过程是高度调控的，对于控制基因表达至关重要。这个组织的核心是组蛋白八聚体，它由两份核心蛋白H2A、H2B、H3和H4组成。八聚体被146 ± 1 bp的DNA缠绕，形成一个核小体，并通过一段短的连接DNA与相邻的核小体相连。组蛋白的翻译后修饰（PTMs），如甲基化、乙酰化、磷酸化和泛素化，以及专门调控这些PTMs的酶，对于基因表达的正确调控和正常发育是必不可少的。这种调控基因表达的方式通常被称为表观遗传学。意识到组蛋白可以具有许多不同的组合和修饰模式，促使提出了组蛋白密码的概念，认为它可以向细胞传达关于基因表达和其他与染色质相关的过程的特定信息或指令。
组蛋白H3赖氨酸4的甲基化（H3K4me1、-2和-3）是研究最广泛的组蛋白修饰之一（图1），这与基因表达的密切相关性以及调控这些甲基化的酶在癌症中的作用有关。H3K4me1在增强子处富集，并被认为与增强子的激活有关。H3K4me3在转录起始位点（TSSs）高度富集，研究表明它可以通过吸引含植物同源域（PHD）的蛋白，如TATA框结合蛋白相关因子3（TAF3）和溴结构域PHD指转录因子（BPTF），来增强转录。此外，H3K4me3在增强子处的存在也与其活性增加相关。H3K4me2（二甲基化）更为丰富，并且与活跃的启动子和增强子相关（图2A, B）。
H3K4me3在转录起始位点（TSSs）和H3K4me1在增强子处的特定富集，以及它们与基因表达的相关性和H3K4甲基转移酶对基因表达的需求，支持了这两种修饰积极促进转录的普遍概念。然而，这是否成立一直存在激烈的争论，部分原因是酿酒酵母、果蝇和小鼠胚胎干细胞（mESCs）的研究表明，在失去大部分H3K4me3的细胞中，转录仍然可以维持，基因可以响应分化信号被激活。此外，目前尚不清楚H3K4me3如何以及是否直接激活转录和/或防止转录抑制。事实上，H3K4的甲基化已被证明可以对抗多梳蛋白（H3K27me3）和DNA甲基化的抑制作用。
在这篇综述中，我们介绍了调节H3K4甲基化的组成成分，随后重点关注最近的数据，探讨H3K4me3在调节转录中的作用。此外，我们还强调并讨论了H3K4甲基化在发育和癌症中的作用。
H3K4me3的Writers、Erasers和Readers
像其他几种PTMs一样，H3K4甲基化水平受到其甲基转移酶（writers）和去甲基酶（erasers）活性的调控（图3A）。此外，已显示不同的蛋白质（readers或效应物）通过保守的PHD、Tudor或chromodomain基序结合到甲基化的H3K4核小体上。编码writers、erasers和readers的几个基因对正常发育至关重要，它们的错误调控与发育疾病和癌症有关。
Writers
H3K4甲基化的沉积是由与SET1相关的蛋白质复合体（SET1/COMPASS）或混合谱系白血病（MLL）家族的赖氨酸甲基转移酶催化的（图3B）。这个复合体实际上是哺乳动物中六个不同的复合体，包含六个不同的催化亚单位和几个共同亚单位（图3C）。第一个H3K4甲基转移酶是在酿酒酵母中被鉴定出来的，它编码一个SET1/COMPASS，负责催化H3K4me1、-2和-3。哺乳动物细胞中的六种H3K4甲基转移酶在果蝇中有三个同源物，分别称为Trx（MLL1/2的同源物）、Trr（MLL3/4的同源物）和Set1（SETD1A/B的同源物）。哺乳动物的MLL5（KMT2E）在细胞中不具备内源性组蛋白赖氨酸甲基转移酶活性。虽然SETD1A和SETD1B复合体负责催化哺乳动物细胞中大部分的H3K4me3和H3K4me2，但MLL1和MLL2被认为是发育或双价启动子（如HOX基因）中H3K4me2和H3K4me3的主要形式。MLL3和MLL4被认为负责催化与增强子相关的大部分H3K4me1。虽然H3K4甲基转移酶复合体具有一定的特异性，但重叠的底物特异性以及每种酶都可以催化所有三种修饰步骤的事实，使得确定每种修饰在转录调控中的确切作用变得具有挑战性。
除了催化亚单位，六个SET1/MLL复合体还包含四个共享的共同亚单位，即WDR5、RBBP5、ASH2L和DPY30（WRAD），这些亚单位对它们的活性至关重要。此外，特定的组分与定义明确的COMPASS复合体相关联，例如在SETD1A/SETD1B复合体中的CpG结合蛋白CFP1、在MLL1/MLL2复合体中的肿瘤抑制蛋白MENIN（多发性内分泌肿瘤1型）以及在MLL3/MLL4复合体中的H3K27去甲基化酶UTX（也称为KDM6A）。这些不同的亚单位在调节各种复合体的活性中发挥着重要作用。例如，CFP1是SETD1A/SETD1B复合体招募到CpG岛所必需的，因此对于在SETD1调控的启动子上积累H3K4me3至关重要。MENIN是多个复合体中的支架蛋白，除了MLL1/MLL2复合体外，它还是神经内分泌组织中的肿瘤抑制因子；然而，MENIN对MLL1/MLL2与染色质的结合以及由MLL1融合蛋白驱动的白血病发生也至关重要。KDM6A/UTX是一种组蛋白H3K27去甲基化酶，在调节转录和正常发育中具有催化依赖性和独立性的作用。因此，额外的蛋白质为各个SET1/MLL复合体提供了特定功能，这可能解释了为什么只有某些SET1/MLL的亚单位在癌症中被发现突变。
Erasers
迄今为止，在哺乳动物细胞中已经报道了七种H3K4去甲基化酶（图3D）：KDM1家族成员KDM1A（LSD1）、KDM1B（LSD2）和KDM2B（FBXL10），以及JARID1/KDM5家族成员KDM5A-D。LSD1和LSD2去甲基化H3K4me1和H3K4me2，而KDM5家族酶也可以去除H3K4me3上的甲基。KDM2B的特异性存在争议：虽然最初被报道为H3K36me2去甲基化酶，类似于KDM2A，但后来也被建议去甲基化H3K4me3和H3K79me2。KDM5家族有四个成员：KDM5A（JARID1A/RBP2）、KDM5B（JARID1B/PLU1）、KDM5C（JARID1C/SMCX）和KDM5D（JARID1D/SMCY）。有趣的是，尽管KDM5家族成员的缺失会导致H3K4me3水平升高，但在稳态下对基因表达的影响有限。所有四种KDM5蛋白都与癌症相关。最显著的是，KDM5B在多种癌症中表达过高，包括乳腺癌，并且与药物耐药性和肿瘤的可塑性相关。
Readers和effectors
与其他翻译后修饰（PTMs）如乙酰化和磷酸化不同，甲基化不会改变底物的电子电荷；因此，组蛋白赖氨酸甲基化主要被认为是通过招募特定识别不同甲基化位点的蛋白质（readers和effectors）来发挥其功能。几种蛋白质可以结合H3K4me3阳性核小体和/或肽（图3E）。例如，CHD1（一个依赖ATP的染色质重塑酶）可以通过其串联的染色质结构域识别H3K4me3，从而招募mRNA成熟所需的因子。TFIID的TAF3亚基（TATA结合蛋白）可以通过其PHD结构域结合H3K4me3，这可能导致前启动复合物（PIC）更有效的组装和选择性基因激活。NURF的最大亚基BPTF可以通过其第二个PHD结构域与H3K4me3相互作用，这可能对其调节染色质可及性的作用至关重要。含有PHD结构域的ING2或ING4蛋白可以作为组蛋白乙酰转移酶复合物的一部分结合H3K4me3，从而可能增强其靶基因的表达。PHF2可以在核糖体基因启动子处结合H3K4me3，从而促进核糖体基因的表达。PHF23可以作为NUP98融合蛋白的一部分结合H3K4me3，导致白血病。SPIN1可以通过其Tudor结构域结合H3K4me3，可能有助于其作为转录共激活因子的作用。SGF29是Spt-Ada-Gcn5乙酰转移酶（SAGA）复合物的一部分，可以通过其双Tudor结构域结合H3K4me3，从而促进组蛋白H3的乙酰化。有趣的是，CFP1和MLL1，作为SET1/MLL复合物的关键亚基，也通过其PHD结构域作为H3K4me3的reader发挥作用，这突显了在调节H3K4me3水平方面的潜在反馈效应。考虑到所有这些发现，有充分的实验支持一个模型，其中H3K4me3在招募具有调节基因表达各个步骤的重要作用的蛋白质和复合物中发挥关键作用。然而，由于直接测试H3K4me3在这些过程中的作用在体内存在实验挑战，目前尚不确定H3K4me3是由于转录而沉积，还是在调节转录中具有直接作用。
H3K4me3在转录过程中的作用
直到最近，针对H3K4me3在哺乳动物细胞中转录作用的研究主要是间接的，基于删除编码SET1/MLL复合体蛋白的各种基因（见图1），如CFP1、WDR5、DPY30、MLL1/2、MLL3/4和SETD1A/B。正如前面提到的，自从发现基因表达与H3K4me3之间的正相关关系以来，人们普遍接受H3K4me3通过促进转录起始在调节转录中发挥作用。然而，H3K4甲基化的不足去除以及先前敲低或敲除研究中缺乏时间分辨率，挑战了数据的解释，因此也影响了对H3K4me在转录中潜在作用的理解。
H3K4me3在促进转录起始中的作用
几项研究结果表明H3K4me3在促进转录起始中发挥作用（图4）。例如，异位表达H3K4甲基转移酶已被证明会导致H3K4me3的添加到被抑制的基因启动子上并激活它们。此外，多个研究小组已经表明H3K4me3可以招募与转录起始和染色质重塑相关的因子，如TAF3、CHD1、BPTF和SAGA复合体，以维持开放的染色质。最显著的例子是通用转录因子TAF3，它是RNAPII PIC的一部分，被认为刺激PIC的形成。总体而言，这些发现支持H3K4me3通过促进刺激RNAPII PIC在启动子上形成的因子的结合来调控基因表达的观点。
然而，缺乏直接证据支持H3K4me3在体内促进RNAPII转录起始的一般作用。事实上，涉及特定因子（如TAF3或NURF复合体）缺失的遗传研究表明，只有一部分基因受到其缺失的影响。此外，转录可以在没有H3K4me3的情况下发生，而H3K4me3单独并不足以决定整个基因组的转录活性。有趣的是，在酿酒酵母中H3K4me3（以及H3K4me1和H3K4me2）水平显著降低仅对转录产生了轻微影响。这表明，替代机制或其他修饰可能会弥补酵母中H3K4me3的缺失。这些观察结果质疑H3K4me3是否对任何类型的转录都是必需的，并突显了基因调控的复杂性。此外，这表明H3K4me3与RNAPII转录起始之间的关系比最初认为的更为微妙；其精确作用和需求程度可能因特定基因和细胞环境而异。
H3K4me3在暂停-释放中的独特作用
最近的研究强调了H3K4me3在调节RNAPII从暂停启动子释放中的独特作用，这是转录调控的关键步骤（图4）。通过在小鼠胚胎干细胞中针对SET1/MLL复合物的共同亚基进行急性降解，我们和其他研究者表明，去除H3K4me3对转录起始没有可检测的影响。相反，H3K4me3调节RNAPII的转录暂停-释放，因此也可能有助于转录延伸。值得注意的是，我们发现H3K4me3是一种非常不稳定的修饰，持续被KDM5去甲基化酶去除。我们还发现，整合因子（integrator）对释放启动子近端的暂停RNAPII至关重要。RNAPII被认为在协调转录和mRNA加工事件中发挥作用，帮助维持启动子对调控因子的可及性。这些因子通过招募正转录延伸因子b（P-TEFb）和其他分子来启动转录，从而促进暂停RNAPII进入基因体进行延伸。基于我们的观察，H3K4me3促进了整合因子复合物亚基11（INTS11）的招募，而INTS11通过其RNA内切酶活性可以通过去除暂停的RNAPII来实现有效的转录延伸，我们提出了一个新的“交通（traffic）”模型来解释H3K4me3在调节转录循环中的作用（图4）。最近的结果也支持我们的观察，即INTS11的急性缺失导致启动子近端RNAPII的积累。进一步的研究将需要确定导致INTS11招募及其在延伸中功能的详细分子机制。
关于H3K4me3的大多数新发现也得到了另一项研究的支持。然而，尽管这些作者与我们的结果一致，显示H3K4me3的耗竭导致转录延伸的减少，但他们发现整合因子复合物在H3K4me3缺失的细胞中与转录起始位点（TSS）的结合增加。这一差异的原因目前尚不清楚，但可能反映了在实验系统中H3K4me3被耗竭的动力学和效率。
总之，新结果表明H3K4me3确实是一种重要的翻译后修饰，调节启动子近端的暂停-释放并促进基因表达。这些结果也提出了关于H3K4me3如何直接促进RNAPII相关整合因子复合物招募机制的新问题。观察到H3K4me3的急性缺失仅影响早期阶段的一部分基因，这引发了关于H3K4me3是否在调节基因表达中具有不同角色，或者特定转录调控元件或染色质结构的存在是否对H3K4me3在转录中的作用产生影响的问题。H3K4me3缺失对不同表达水平基因的差异影响也表明，这种组蛋白修饰在转录调控中的作用可能依赖于具体环境。需要进一步的机制研究，以了解H3K4me3如何调节基因特异性的表达水平，这可能对我们理解转录产生重大影响。
新发表的结果可以解释为什么H3K4me3在活跃转录基因的启动子近端区域富集，并与暂停的RNAPII共定位。此外，H3K4me3快速更新的观察也可能提供了一种机制，通过该机制，转录的暂停-释放可以在响应外部和内部信号通路时被紧密和快速地控制。重要的是，我们的实验系统无法解决H3K4me1和H3K4me2是否在调节转录起始或暂停-释放中发挥作用的问题。H3K4me3在转录起始位点（TSS）中优先富集，而H3K4me2也在TSS中富集，这可能部分弥补了H3K4me3缺乏的影响。
H3K4me3在转录记忆和一致性中的作用
转录记忆
H3K4me3最初被提出在调节转录起始中发挥作用，但后来科学家们对此提出了质疑，认为H3K4me3是转录的结果，而不是其原因。其他研究结果则表明H3K4me3在调节转录一致性和转录记忆中发挥作用。这个观点认为，H3K4me3在谱系特异性基因或在应激反应中激活的基因的存在，可以使这些基因在重复刺激或细胞分裂后更快速和高效地重新激活表达。一些观察结果支持了这一建议。在成年小鼠的前额皮层中敲除编码甲基转移酶Kmt2a/Mll1的基因，导致特定基因的基础表达降低，并显著损害空间工作记忆，这表明H3K4me3对于促进海马体中新记忆的形成是必不可少的。失败的供体细胞核重编程与供体细胞核基因的转录记忆和较高水平的H3K4me3相关，而与成功重编程的细胞核相比。由于失败的重编程可以通过注射KDM5B mRNA来挽救，这暗示H3K4me3在维持供体细胞核的转录记忆中发挥作用。
除了这些例子，H3K4me3还被发现与学习、寿命、脂质代谢和哺乳动物的长期记忆过程有关。综合来看，这些结果表明，在某些生理条件下，H3K4me3作为一种稳定的修饰被维持，并在调节与记忆形成、突触可塑性和认知功能相关的基因表达中发挥关键作用。
转录异质性与一致性
H3K4甲基转移酶和H3K4me3最初被证明与转录活跃的Hox基因相关，这表明H3K4me3在发育过程中激活基因方面可能发挥重要作用。后来的实验显示，H3K4me3通常与特定基因同一启动子上的抑制性修饰H3K27me3共存，这被称为“双价（bivalent）”状态。双价基因存在的首个证据来自于小鼠胚胎干细胞的ChIP-seq研究，这主要标记了重要发育基因的低表达。双价性通常出现在发育调控的基因或涉及细胞命运决定的基因中。它可能允许处于准备或“预备”基因表达状态的基因，根据发育或细胞环境的不同，随时准备激活或抑制。双价性为在发育和细胞过程中精细调控基因表达提供了一种潜在机制，同时也定义了组织特异性的转录异质性。
H3K4me3的广泛区域（broad domains）是指基因组中H3K4me3与比典型的两个或三个核小体更大范围的区域相关，这些区域与持续的基因表达有关。广泛的H3K4me3区域存在于胚胎植入前的胚胎和体细胞中，研究表明它们在维持细胞身份所需基因的转录一致性方面发挥着关键作用。H3K4me3的广泛区域还与全局转录沉默相关，这对于通过减数分裂和卵母细胞的静息状态是必需的。因此，广泛的H3K4me3区域和双价染色质可能共同影响基因表达的调控格局，并在细胞过程和发育中发挥重要作用，这可能有助于基因的多样性、可塑性和适应性，以及转录异质性和一致性。
除了其转录功能外，H3K4me3还可能在促进DNA损伤反应位点的DNA修复机制招募、pre-mRNA剪接、减数分裂期间的同源重组以及抗原受体基因V(D)J重组中发挥关键作用（图1）。
H3K4me3在发育和疾病中的作用
H3K4me3在早期胚胎发育中的动态变化
H3K4me3的甲基转移酶和去甲基化酶对正常发育至关重要，它们被认为通过建立表观遗传景观来调控基因表达。H3K4me3在特定基因启动子上的水平和分布变化与谱系特异性基因表达和细胞命运的决定有关。受精后，在前胚胎基因组激活（pre-ZGA）阶段，H3K4me3的水平通常较低且广泛受限，而在主要的胚胎基因组激活（ZGA）期间，H3K4me3水平显著增加。这可能反映了在发育中的胚胎中基因表达模式的建立。在ZGA之后，H3K4me3与谱系特异性基因的关联动态被认为在建立与不同细胞类型相关的转录程序中发挥关键作用。H3K4me3在卵子发生过程中也可能通过存在于低DNA甲基化区域来发挥基因沉默的作用。这些数据强调了在胚胎发生过程中调节H3K4me3水平以精确控制基因表达模式的重要性。
癌症中的H3K4甲基转移酶复合物
在癌症中，H3K4甲基转移酶基因中经常发现突变（图5A）。涉及编码MLL1基因的染色体重排，如易位、倒位或基因融合，导致N端MLL1与其他蛋白质的融合，是急性白血病的常见原因。这些MLL1的重排通常导致通过招募转录延伸复合物来失调基因表达，破坏正常的造血分化，并促进白血病的发展。尽管融合蛋白中的MLL1部分失去了催化活性，但MLL1–AF9融合蛋白的存在导致H3K4me2和H3K4me3的异常水平。大量努力已致力于开发针对MLL1的抑制剂，作为白血病细胞癌症治疗的潜在策略。例如，已开发出可以破坏或引导其与WDR5或MENIN相互作用的MLL1抑制剂，用于治疗MLL重排的白血病，如MM-401。其他针对MLL1辅因子的抑制剂也已开发，如MENIN抑制剂（revumenib）和DOT1L抑制剂（pinometostat）。编码MLL4的基因突变也在几种类型的癌症中发现，如淋巴瘤、乳腺癌、结直肠癌和其他恶性肿瘤。编码MLL3和MLL4的基因失活突变是癌症中最常见的SET1/MLL亚单位突变基因（这两者在大约10%的所有癌症类型中均有突变）。尽管编码SETD1A、SETD1B和MLL2的基因在癌症中并不常见突变，但这些基因的突变与多种类型的癌症相关，包括白血病、乳腺癌和肺癌。SETD1A和SETD1B的失调可以影响基因表达程序，并以H3K4me3依赖或非依赖的方式促进肿瘤的发展和进展。开发针对“H3K4me3失调”癌症的特定抑制剂及相关临床试验将有助于加深对H3K4甲基转移酶活性失调如何促进癌症的理解。
KDM5和H3K4me3去甲基化酶在癌症中的作用
KDM5A-D被认为在多种类型的癌症中作为癌基因和肿瘤抑制基因（图5）。去甲基化酶的失调可能导致异常的H3K4me3模式和改变的基因表达谱，从而促进癌症的发生、进展和对治疗的抵抗。KDM5A和KDM5B都参与调节肿瘤抑制基因，例如视网膜母细胞瘤蛋白（pRB）的靶基因，通过降低它们的H3K4me3水平。KDM5A还被确定为白血病中NUP98的融合伙伴，形成一个包含KDM5A PHD指的NUP98-KDM5A融合蛋白，该蛋白可以结合H3K4me3/me2，从而可能阻止在多个编码谱系特异性转录因子的位点去除H3K4me3。在肺癌细胞中，KDM5A的水平和活性在缺氧条件下降低，导致特定缺氧诱导基因启动子上的H3K4me3增加，促进其基因表达，从而提高癌细胞的存活率。编码KDM5B的基因在雌激素受体阳性（ER+）腺癌细胞中经常被扩增和过表达，研究表明其在维持腺细胞特异性表达程序中发挥关键作用。KDM5A和KDM5B还被报道对癌细胞的表观遗传调控的细胞可塑性和异质性有所贡献，因此在黑色素瘤和ER+乳腺癌细胞中对治疗抵抗的发展中发挥重要作用。
有趣的是，位于X染色体和Y染色体上的KDM5C和KDM5D与癌症的性别偏倚有关。具体而言，在小鼠结肠癌模型中的研究表明，KDM5D的表达增加导致上皮细胞紧密连接调节因子和主要组织相容性复合体I类成分的表达减少，从而导致肿瘤侵袭。综合来看，许多令人兴奋的结果表明KDM5去甲基化酶在特定亚型癌症的发展和对治疗抵抗中的作用，提示它们是有趣的治疗靶点。事实上，已经进行了一些努力来开发选择性靶向KDM5A和KDM5B活性的小分子抑制剂，其中一些在临床前研究中显示出良好的结果；然而，它们仍需进入临床试验。
总之，新兴研究支持癌细胞的异质性和可塑性是由表观遗传酶调控的，这有助于对化疗或免疫疗法的抵抗。H3K4me3去甲基化酶或甲基转移酶的失调与癌症的发展和进展有关。它们的异常活性可以导致基因表达谱的改变、致癌功能和表观遗传重编程，从而促进肿瘤发生和癌症复发。单独或与化疗或免疫疗法联合靶向这些H3K4me3调节因子，作为癌症治疗的表观治疗策略具有潜力。
总结性评论
尽管H3K4me3被广泛认为是一个活跃的启动子标记，但其在调节转录中的潜在作用一直备受争议。重要的是，最近的研究结合了时间分辨基因组学和针对SET1/MLL成员的快速靶向降解，提供了关于H3K4me3调节功能的新见解，例如在RNAPII的暂停-释放步骤中。虽然在理解H3K4me3在调节基因表达中的作用方面取得了显著进展，但仍需进一步努力揭示决定个别基因中H3K4me3水平的调节机制，以及这如何影响各种生物过程（见未来要解决的突出问题）。解决这些问题将加深我们对H3K4me3在细胞中的功能和调节作用的理解，并可能为改善癌症和其他疾病的治疗铺平道路。
未来要解决的突出问题
1. 招募-正调节因子：
含有CpG岛的启动子通常默认是H3K4me3阳性的。SET1/MLL复合物的招募部分是通过含有CXXC结构域的蛋白质（如CFP1和MLL1/2）直接结合CpG岛来介导的。还有哪些其他因子参与决定SET1/MLL复合物对基因启动子的招募？SET1/MLL复合物是如何被招募到没有CpG岛的启动子？转录因子在招募SET1/MLL复合物到启动子中是否有直接作用？2. 招募-负调节因子：
染色质环境影响H3K4me3的水平。双价启动子（H3K27me3–H3K4me3阳性）与H3K4me3的非双价启动子相比，H3K4me3的水平较低。H3K9me3和DNA甲基化阻止H3K4的三甲基化（而H3K4me3则阻止DNA甲基化和H3K9me3的积累）。在建立转录许可（H3K4me3阳性）和非许可（H3K27me3-、H3K9me3-和DNA甲基化阳性）启动子之间的平衡中，关键事件和因素是什么？
3. H3K4me3水平与转录：
是什么决定了启动子中H3K4me3的水平？阐明控制H3K4me3的沉积、去除和维持的精确机制对于理解转录过程的调节至关重要。H3K4me3是由SET1/MLL复合物建立的；然而，它会被KDM5去甲基化酶迅速去除。这种快速的周转对于调节转录水平（例如，转录延伸速率和/或转录突发频率）是否重要？我们需要更好地理解RNA聚合酶II启动子近端暂停-释放的调节机制。
4. 发育与疾病中的H3K4me3：
SET1/MLL复合物和KDM5蛋白对于正常发育至关重要，它们的活性在人体疾病中常常被发现失调。特定基因和H3K4me3如何促进细胞类型特异性的基因表达程序、分化过程和疾病的发展是未来研究的关键问题。
术语表 (Glossary)
染色质重塑 (Chromatin remodeling)一种重要的过程，由依赖于ATP的染色质重塑复合物调节，这些复合物可以重新定位、驱逐或交换核小体，从而改变基因的可及性，因此影响蛋白质与DNA的结合。
DNA甲基化 (DNA methylation)一种常见的表观遗传修饰，涉及将甲基基团添加到DNA分子上，通常发生在CpG二核苷酸背景下的胞嘧啶残基上。
表观遗传学 (Epigenetics)一种可遗传的变化，例如DNA甲基化和组蛋白修饰，调节基因表达或细胞表型，而不涉及基础DNA序列的改变。
组蛋白密码 (Histone code)一个假说，建议特定组合的组蛋白修饰可以作为一种分子密码，影响染色质的结构和基因表达。它提出组蛋白修饰的模式决定染色质的功能状态，并调节基因对转录机制的可及性。
组蛋白修饰 (Histone modification)一种翻译后化学修饰，例如甲基化、乙酰化或磷酸化，发生在组蛋白蛋白质上，可以导致染色质结构的改变并影响基因表达。
暂停-释放 (Pause-release)RNA聚合酶II在转录起始位点（TSS）下游20-60 bp处暂停，借助于暂停因子。完整RNA转录本的有效延伸需要P-TEFb激酶复合物释放RNA聚合酶II。
转录延伸 (Transcriptional elongation)一个过程，涉及RNA聚合酶在与调节延伸的蛋白质结合的情况下，从DNA模板延伸出RNA分子。
转录起始 (Transcriptional initiation)转录的一个精确调节步骤，在此步骤中形成一个前起始复合物（PIC），该复合物包括RNA聚合酶、通用转录因子（GTFs）和若干转录共调节因子。
转录记忆 (Transcriptional memory)一种现象，其中基因的转录活性因先前暴露于特定刺激或环境条件而改变。它意味着基因保留了过去活动的“记忆”，在随后的相同刺激暴露时导致更快或更强的反应。
转录调控 (Transcriptional regulation)一个关键步骤，指的是调节基因何时以及在多大程度上被转录。
Wang Hua, Helin Kristian. Roles of H3K4 methylation in biology and disease. Trends Cell Biol. Published online June 21, 2024. DOI: 10.1016/j.tcb.2024.06.001
