BRD2/3/4/T是哺乳动物细胞中BET蛋白家族成员，它们均包含两个保守的溴结构域和一个ET结构域，是多种疾病抑制剂的关键靶点。BRD4通过招募转录延伸因子pTEF-b调控Pol II的转录延伸在领域内广泛报道。但是BET家族成员BRD2如何调控Pol II 转录，其与BET蛋白家族其它成员之间的功能关系尚不清楚。另一方面，BRD2对小鼠早期胚胎发育至关重要，然而BRD2在干细胞命运决定和分化中的调控机制依然未知。

2022年6月4日，金沙集团wwW3354CC季雄课题组在Cellular and Molecular Life Sciences杂志在线发表了题为“BRD2 interconnects with BRD3 to facilitate Pol II transcription initiation and elongation to prime promoters for cell differentiation”的研究论文。该研究阐明了BRD2介导Pol II的转录起始和延伸事件，BRD2与BRD3在基因转录过程中的相互作用关系，以及BRD2如何协调Pol II转录起始为干细胞分化的蓄势待发做准备，鉴定了BRD2的直接调控靶基因。相关工作为特异性BET抑制剂的开发和应用提供了新见解。

在本研究工作中，作者首先建立了BRD2蛋白质瞬时降解胚胎干细胞系，结合多种技术手段分析发现BRD2蛋白降解导致不同基因的Pol II转录起始和延伸障碍。进一步发现组蛋修饰H3K4me3低的区域，需要BRD2帮助转录起始因子TAF3招募；高丰度H3K4me3修饰的活跃转录区域，需要BRD2抑制转录延伸过程中R-Loop的形成。随后通过ChIP-seq实验，探讨BRD2、BRD3和BRD4之间的交叉调控关系。作者意外地观察到，BRD2降解会导致BRD3在特定基因启动子区域的结合增加，但是BRD2和BRD3在增强子和超增强子的占位存在协同占位。为了进一步研究BRD2和BRD3对Pol II转录功能的影响，作者构建了BRD2/BRD3单降解和双降解细胞系，通过对不同BET蛋白的单独和组合调低后的Pol II ChIP-seq测序结果的分析，提出BRD2和BRD3可以以协同、拮抗和独立三种方式调控Pol II在不同基因上的转录。

基于上述发现，作者进一步利用小鼠胚胎干细胞体外分化和多组学技术探讨了BRD2调控Pol II转录的生理意义。研究发现BRD2在不同发育阶段调控不同的基因：BRD2在干细胞阶段调控的基因与干细胞命运没有直接关系；然而BRD2在分化过程中调控分化相关基因的表达。这些分化基因在干细胞阶段有BRD2结合，BRD2降解后，相应基因启动子区域的Pol II起始也发生变化，表明BRD2在干细胞分化过程中蓄势待发协调Pol II转录起始。

图1. BRD2介导Pol II 转录调控的工作示意图。

金沙集团wwW3354CC季雄研究员和博士后黄捷是该论文的共同通讯作者。北京大学前沿交叉学科研究院博士研究生王晨璐和金沙集团wwW3354CC博士研究生许杞钦是该论文的共同第一作者。武汉大学金沙集团wwW3354CC陈亮课题组为该工作提供了重要帮助。该工作得到科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金、北大-清华生命科学联合中心、细胞增殖与分化教育部重点实验室的资助。感谢北京大学凤凰工程多个仪器平台对本项目的大力支持。

文章链接：https://link.springer.com/article/10.1007/s00018-022-04349-4