文献名：Down-Regulation of a Male-Specific H3K4 Demethylase, KDM5D, Impairs Cardiomyocyte Differentiation
期刊名：Journal of Proteome Research
发表时间：2019年12月
IF：3.78
单位：Shahid Beheshti医科大学等
一、概述：
除了决定性别，Y染色体上的基因充分表达对转录、翻译和蛋白质稳定性必不可少。本文作者观察到Y染色体上的KDM5D基因及其X染色体同源基因KDM5C，在心脏发育中胚层期上调。当通过SiRNA技术使KDM5D下调，会导致细胞在S期积累，以及心肌细胞发育受损；当对照细胞在分化诱导第7天开始自发跳动时，KDM5D下调细胞不会发生自发跳动。而KDM5D的敲除对KDM5C的表达没有影响，因此作者推测KDM5D是KDM5C的剂量敏感基因，对心肌细胞的分化有非常重要的作用。
二、研究背景：
人类Y染色体蛋白质组计划（Y-HPP）旨在探究Y染色体蛋白表达与功能，不仅包括在性别与生殖方面的作用，还包括在器官发育与特异性功能方面的作用。虽然Y染色体是人类染色体中最短的，所包含的基因数量也很有限，但Y染色体中几乎一半的基因没有编码蛋白质的作用，或是尚未注释蛋白功能。
三、实验设计：
研究材料：人类胚胎干细胞（hESCs）。
实验策略：细胞培养。免疫荧光染色确认细胞分化情况。使用siRNA技术沉默KDM5D基因。FITC-siRNA和流式细胞术检测转染效率。电生理分析检测细胞分化情况。
四、研究成果：
发现Y染色体在人类胚胎干细胞分化出心肌细胞的不同时期存在基因差异表达的现象。通过siRNA使TBL1Y蛋白下调会造成心脏分化效率降低，以及心脏细胞收缩功能障碍。KDM5D是一种位于Y染色体的赖氨酸特异性去甲基化酶基因，能够产生催化组蛋白赖氨酸去甲基化的蛋白，靶向结合在二甲基化或三甲基化的H3K4位点（多位于转录起点）。H3K4去甲基化影响转录起始，最终导致转录抑制。KDM5D在心脏中胚层期转录与表达水平显著增加。
图1
静态悬浮培养中的人类胚胎干细胞分化特征。图A：粘附培养和悬浮培养7天的hESCs和心脏小球显微图。图B：hESCs和心脏小球的免疫荧光图。
图2
KDM5D在分化中的hESCs下调。图A：心脏细胞分化时基因沉默示意图。分化起始36小时后，细胞被转染沉默。48小时后，收集部分细胞进行细胞周期和分子分析。图B：流式细胞术检测siRNA转染效率。图C-F：实时定量PCR、Western blotting和免疫染色证明KDM5D下调。
图3
KDM5D沉默对分化中细胞的影响。图A：分化中细胞的细胞周期分析。图B：siRNA转染后细胞的显微图。图C：siRNA处理后细胞的心脏中胚层和心脏祖细胞标志的基因表达分析。图D：多电极阵列分析自发跳动。
五、讨论：
Y染色体在进化过程中丢失了大部分的祖先基因。KDM5D属于剂量敏感基因，并且X-Y染色体上两个等位基因的同时表达对于KDM5D的功能至关重要，而仅KDM5C的表达不能补偿KDM5D。本文的发现提供了有关Y染色体基因对性别依赖性发育的贡献的进一步证据。
阅读人：徐宁