ヒストンH3K4ME1およびH3K27ACは、エンハンサーでそれぞれヌクレオソームの立ち退きとERNA転写で役割を果たします

ヒストンH3K4ME1およびH3K27ACはエンハンサー固有の修飾であり、エンハンサーが標的遺伝子の転写を活性化するために必要です。ただし、これらのヒストン修飾が互いに及ぼす相互作用とエンハンサーにおけるそれらの役割は明らかではありません。ここでは、これらの修飾の役割を比較的分析するために、ヒストンメチルトランスフェラーゼMLL3およびMLL4およびヒストンアセチルトランスフェラーゼP300のHATドメインをエリスロイドK562細胞に削除することにより、H3K4ME1およびH3K27ACを阻害しました。H3K4ME1の損失は、β-グロビンエンハンサーLCR HSSでH3K27ACを減少させましたが、H3K27ACの減少はH3K4ME1には影響しませんでした。2つの修正間のこの不平等な関係は、ChIP-seqを使用したゲノム全体の分析により、推定エンハンサーで明らかにされました。推定エンハンサーでのヒストンH3立ち退きは、H3K4ME1の喪失により弱体化しましたが、H3K27ACの喪失によっては弱体化しませんでした。クロマチンリモデリング複合体は、H3K4ME1依存的にβ-グロビンLCR HSSに動員されました。対照的に、H3K27ACはエンハンサーRNA（ERNA）転写に必要であり、H3K4me1はそれには十分ではありませんでした。β-グロビンLCR HSSでH3K4ME1に影響を与えることなく、H3K27AC誘発性ERNA転写を強制しました。これらの結果は、H3K4ME1とH3K27ACが異なる方法で互いに影響を与え、エンハンサーでヌクレオソームの立ち退きとERNA転写でそれぞれより直接的な役割を果たすことを示しています。

Histone H3K4me1 and H3K27ac are enhancer-specific modifications and are required for enhancers to activate transcription of target genes. However, the reciprocal effects of these histone modifications on each other and their roles in enhancers are not clear. Here to comparatively analyze the role of these modifications, we inhibited H3K4me1 and H3K27ac by deleting the SET domains of histone methyltransferases MLL3 and MLL4 and the HAT domain of histone acetyltransferase p300, respectively, in erythroid K562 cells. The loss of H3K4me1 reduced H3K27ac at the β-globin enhancer LCR HSs, but H3K27ac reduction did not affect H3K4me1. This unequal relationship between two modifications was revealed in putative enhancers by genome-wide analysis using ChIP-seq. Histone H3 eviction at putative enhancers was weakened by the loss of H3K4me1 but not by the loss of H3K27ac. Chromatin remodeling complexes were recruited into the β-globin LCR HSs in a H3K4me1-dependent manner. In contrast, H3K27ac was required for enhancer RNA (eRNA) transcription, and H3K4me1 was not enough for it. Forced H3K27ac-induced eRNA transcription without affecting H3K4me1 at the β-globin LCR HSs. These results indicate that H3K4me1 and H3K27ac affect each other in different ways and play more direct roles in nucleosome eviction and eRNA transcription, respectively, at enhancers.