近日，武汉大学泰康医学院（基础医学院）梁凯威/房萍萍课题组在基因生物学领域期刊《Genome Biology》（IF=17.91） 发表题为G-quadruplexes sense natural porphyrin metabolites for regulation of gene transcription and chromatin landscapes的研究论文。该研究是课题组继2021年在《Genome Research》所发表的G-四链体原位检测技术工作的后续研究，报道了一个G-四链体依赖的小分子代谢物调控基因转录和表观遗传修饰的新机制。

细胞内的代谢物可以调控基因转录和表观遗传修饰。目前报导的机制主要包括代谢小分子作为表观修饰酶的辅因子或者转录因子的激动/拮抗分子，而影响表观修饰酶或转录因子的活性。本研究建立了天然卟啉类代谢物在染色质上分布的全基因组检测方法，并阐明血红素通过促进全基因组范围内G-四链体的形成，影响基因转录起始，改变组蛋白修饰图谱的全新调控机制。

研究人员首先利用生物膜层干涉技术测定了卟啉类代谢物血红素（Hemin）及原卟啉（PpIX）与G-四链体的直接结合，并通过靶向代谢组学技术检测了血红素及原卟啉在不同细胞内的分布及含量，发现血红素分布在染色质组分。为检测血红素在全基因组范围内的分布，研究人员合成了生物素标记的血红素，并建立了血红素结合位点的原位捕获测序技术。此外，研究人员还利用血红素-G-四链体复合体的过氧化物酶催化活性，对细胞内的G-四链体进行生物素标记，结合高通量测序技术绘制了内源性血红素结合图谱。两种方法均发现血红素结合位点与20-30%的G-四链体重叠，并且血红素能够快速促进细胞内这些重叠的G-四链体的形成，抑制血红素结合的基因启动子区域的转录起始，减少组蛋白H3K4me3以及H3K27ac修饰，表明了卟啉类代谢物在基因转录调控以及组蛋白修饰调控中的作用。进一步的研究发现，G-四链体的状态与已报道的经典的血红素-BACH1-NRF2调控的增强子激活无关，说明血红素- G-四链体的转录调控途径有别于经典的转录因子介导的转录调控途径。

综上，该研究绘制了血红素在全基因组范围内的结合图谱，揭示了G-四链体作为天然卟啉类代谢物感受器的功能，阐明了G-四链体介导的代谢物调控基因转录以及组蛋白修饰的新机制，不仅加深了对G-四链体功能的理解，还为代谢小分子参与基因转录和表观遗传调控的机制研究提供了新思路。

武汉大学泰康医学院（基础医学院）博士研究生李聪慧、博士后尹智囊和讲师肖睿璟为本文共同第一作者，梁凯威教授和房萍萍副研究员为本文共同通讯作者。武汉大学泰康医学院（基础医学院）夏宇尘教授以及课题组对研究有重要贡献。本研究获得了科技部重点专项青年项目、基金委青年项目、面上项目，国家青年人才引进项目、湖北省医学青年拔尖人才及武汉大学人才引进项目等的资助。

原文链接：

https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-022-02830-8

https://genome.cshlp.org/content/31/9/1546.long