致敬David Allis教授——杰出的表观遗传学家

在《重磅—致敬神级科学家David Sabatini》一文中，我提到了“谈到能量代谢就不得不提David M. Sabatini，这就好比表观遗传学领域言必称C. David Allis”。这篇文章接下来就主要回顾C. David Allis教授平实而又辉煌的学术经历。

话说David Allis（现年64岁）出身经历也不是那么显赫，自然出自非“常春藤盟校”。Allis 1973年本科毕业于美国辛辛那提大学（University of Cincinnati），本科期间受益于Keller 和Bharier两位教授，并被领入科学殿堂。本科期间的研究成果发表在Journal of bacteriology杂志上（Bharier, M., & Allis, D. (1974). Purification and characterization ofaxial filaments from Treponema phagedenis biotype reiterii (the Reitertreponeme). Journalof bacteriology, 120(3), 1434-1442.），当时似乎流行老板挂前面，学生挂后面？Allis 1978年在印第安纳大学（Indiana University）（PS: 虽说James D. Watson也是在这拿的PhD，但毕竟当时是冲着噬菌体研究权威Edward·Luria去的，Luria于1969年获诺奖，比Watson获奖晚了7年）拿到博士学位，博士期间他迷上了发育生物学，开始研究果蝇的发育，师从美国科学院院士Anthony P. Mahowald，此期间的研究成果我今天查了才知道（Mahowald,A. P., Allis, C. D., & Caulton, J. H.(1981). Rapid appearance of multivesicular bodies in the cortex of Drosophilaeggs at ovulation. Developmental biology, 86(2), 505-509.），若按国内现在的标准，那是学位都拿不到，因为非一作。Allis博士毕业后来到罗切斯特大学（University of Rochester）跟随Martin Gorovsky开始研究与染色质相关的课题，但是当时染色质研究算是冷门。Allis后来回忆这段经历认为这段时间对他日后的职业生涯产生了重要影响，在此期间他受到了良好的科研训练，并且影响着他的laboratory philosophy（PS: Martin Gorovsky长期focus在Linker Histone的功能研究上，现在还在Rochester科研一线。代表性的论文：1.Shen,X., Yu, L., Weir, J. W., & Gorovsky, M. A.(1995). Linker histories are not essential and affect chromatin condensation invivo. Cell,82(1), 47-56.；2.Shen, X., & Gorovsky,M. A. (1996). Linker histone H1 regulates specific gene expression butnot global transcription in vivo. Cell, 86(3), 475-483.注：北大本科毕业的XuetongShen为这两篇Cell的一作，沈1996年在此拿到博士学位，后去了另一位大牛Carl Wu那里做博后完成CNS大满贯，现在University of Texas MD AndersonCancer Center做Associate Professor）.博后（1978-1981）期间有一篇一作的代表性文章：Allis, C.D.,Glover, C. V., Bowen, J. K., & Gorovsky, M. A. (1980). Histone variantsspecific to the transcriptionally active, amitotically dividing macronucleus ofthe unicellular eucaryote, Tetrahymena thermophila. Cell, 20(3), 609-617.，我想Allis在组蛋白的转录调控方面的研究正是开始于此时。Allis做完博后，1981年来到了位于德州休斯顿的贝勒医学院（Baylor College ofMedicine）做assistant professor，在此期间他受到两次重大打击，好在当时贝勒的Salih Wakil（1990年当选美国科学院院士）给了他很多鼓励。Allis在此时也并不认为自己是“second-class scientist”。随后差不多十年时间，Allis逐渐获得了full professor的职位。从1990年到2003年，Allis曾先后在Syracuse University，University of Rochester和University of Virginia HealthSystem任教授。2003年后被洛克菲勒大学（Rockefeller University）挖过去直到现在（PS：Rockefeller很会挑人，一般都是挖那种取得了差不多诺奖级别成就的科学家过去^_^。Allis教授曾获得“汤森路透引文桂冠“奖，被很多业内人士认为有可能在未来获得诺贝尔奖,饶毅老师曾在博客中介绍值得或诺奖的工作一文中提到Allis。）。1980-1995年的工作总的来说没有后来的意义重大，故略去不表，偷个懒^_^。

Allis教授与博后进行讨论

上过《表观遗传学》这门课或者目前正从事这个领域研究的人应该知道1996年是“表观遗传学”发展史上里程碑式的一年，这一年关于组蛋白乙酰转移酶的研究成果的报道令人眼花缭乱，详见下述参考文献1-8。

1、Brownell,J. E., Zhou, J., Ranalli, T., Kobayashi, R., Edmondson, D. G., Roth, S. Y.,& Allis, C. D. (1996). Tetrahymena histoneacetyltransferase A: a homolog to yeast Gcn5p linking histone acetylation togene activation.Cell,84(6), 843-851.

2、Kuo, M.H., Brownell, J. E., Sobel, R. E., Ranalli, T. A., Cook, R. G., Edmondson, D.G., ... & Allis, C. D. (1996).Transcription-linked acetylation by Gcn5p of histones H3 and H4 at specificlysines. Nature 383,269 - 272

3、Mizzen,C. A., Yang, X. J., Kokubo, T., Brownell, J. E., Bannister, A. J., Owen-Hughes,T., ... & Allis, C. D. (1996). The TAF II250 subunit of TFIID has histone acetyltransferase activity. Cell,87(7), 1261-1270.

4、Madireddi,M. T., Coyne, R. S., Smothers, J. F., Mickey, K. M., Yao, M. C., & Allis,C. D. (1996). Pdd1p, a novel chromodomain-containing protein, linksheterochromatin assembly and DNA elimination in Tetrahymena.Cell,87(1), 75-84.

5、Ogryzko,V. V., Schiltz, R. L., Russanova, V., Howard, B. H., & Nakatani, Y. (1996).The transcriptional coactivators p300 and CBP are histone acetyltransferases. Cell,87(5), 953-959.

6、Bannister,A. J., & Kouzarides, T. (1996). The CBP co-activator is a histoneacetyltransferase. Nature 384, 641 - 643

7、Yang, X.J., Ogryzko, V. V., Nishikawa, J. I., Howard, B. H., & Nakatani, Y. (1996).A p300/CBP-associated factor that competes with the adenoviral oncoprotein E1A.Nature382, 319 - 324

8、Taunton,J., Hassig, C. A., & Schreiber, S. L. (1996). A mammalian histonedeacetylase related to the yeast transcriptional regulator Rpd3p. Science,272(5260), 408-411.

在这一轮激烈的竞争中， David Allis实验是最先在Cell上发文鉴定到了四膜虫中的组蛋白乙酰转移酶（酵母中GCN5的同源蛋白），并且确认了组蛋白乙酰化与基因转录激活的相关性（Brownell,J. E., Zhou, J., Ranalli, T., Kobayashi, R., Edmondson, D. G., Roth, S. Y.,& Allis, C. D. (1996). Tetrahymena histoneacetyltransferase A: a homolog to yeast Gcn5p linking histone acetylation togene activation.Cell,84(6), 843-851.）。事实上，在1995年，Allis Group就在PNAS（Brownell, J. E.,& Allis, C. D. (1995). An activity gel assaydetects a single, catalytically active histone acetyltransferase subunit inTetrahymena macronuclei. Proceedings of theNational Academy of Sciences, 92(14), 6364-6368.）上报道，他们在四膜虫中鉴定了一个具有乙酰转移酶活性的蛋白亚基p55，1996年的Cell paper进一步测序克隆鉴定p55是与酵母GCN5P同源的蛋白。话说这段发现史也是可圈可点了，按照Allis的意思，“Identifying HAT came about througha stroke of luck”。此前有报道称表明，组蛋白乙酰化就与转录激活是正相关，这一方面NIH的Alan P Wolffe做出了杰出的贡献，可惜天妒英才，2001年Wolffe教授 “diedat the age of 41 on 26th May 2001 in a road accident in Rio de Janeiro”，享年41岁，这绝对是表观领域的一大损失，详细讣告见：Hager, G. (2001). Alan Wolffe (1959–2001). Cell, 105(7), 849-850./(ㄒoㄒ)/~~。回到Allis的工作，具Allis后来回忆，这一重大发现极具讽刺性，因为四膜虫中的这个HAT具有超高的酶活活性，很方便做体外酶活实验，Allis也认为这是由一定的幸运成分在里面，如果是在人的细胞中纯化出的蛋白就未必会有如此结果了，但是机会都是留给有准备的人不是O(∩_∩)O。一旦打开了宝库，里面的宝藏就会迅速的被发现，一个个应接不暇，从此N多人开始进入这个领域寻宝，此时不禁要说chromatin 2.0时代来临了，宛如一轮明月照亮了晦暗的“基因的转录调控”领域。

PS: 因为在《表观遗传学》课程上，我被指定讲了上述8篇文献中的第5篇，所以当时做了一点小小功课，或许文献上还有遗漏由于时间关系，本次先介绍到这，以后再得闲可以补后面的故事。本文部分内容参见：2006-PNAS- Profile of C. David Allis。

                                Alan Wolffe

Wolffe教授关于组蛋白与转录相关的研究详见下列文献：

1、Wolffe,A. P. (1994). Transcription: in tune with the histones. Cell, 77(1), 13-16.

2、Lee, D.Y., Hayes, J. J., Pruss, D., & Wolffe, A. P. (1993). A positive role forhistone acetylation in transcription factor access to nucleosomal DNA. Cell,72(1), 73-84.

3、Wolffe,A. P. (1994). Nucleosome positioning and modification: chromatin structuresthat potentiate transcription. Trends in biochemical sciences, 19(6), 240-244.

下面介绍David Allis教授今年5月的第一次中国行：

第一站：清华大学，2015年5月18

报告题目：Beyond the Double Helix: Why YourDNA Isn't Enough?

本次报告由清华大学清北生命科学联合中心李海涛教授主持。

注：以下内容来自清华大学新闻网

5月18日下午,美国国家科学院、美国艺术与科学院院士查尔斯•戴维•阿利斯教授（Charles David Allis）做客清华海外名师讲堂，以《超越双螺旋》为题，向500余位校内外听众生动地展现了表观遗传学的魅力。报告会由清华大学医学院李海涛教授主持。

阿利斯教授首先从人类基因组计划切入，明确了表观遗传学概念。人类基因组含有30亿个碱基对，2-3万个基因，这些基因的序列决定了人类疾病和衰老等重要的生命过程。因此科学家们制定了人类基因组计划，试图通过测定人类基因组的序列信息，进而以基因替代疗法进行疾病的治疗。然而，基因并不是唯一的决定性因素，同一基因组可以分化形成不同类型的细胞，同样具备转化为癌细胞的潜力，这些过程都会受到表观遗传的严格调控。

随后阿利斯教授从历史层面上系统介绍了组蛋白修饰中的三类关键因子：书写器（Writer）、擦除器（Eraser）和阅读器（Reader）。这三类因子分别可以实现组蛋白各种修饰的添加、去除和识别，调控基因的转录，并在癌症的发生发展中发挥重要作用。因此表观遗传因子抑制剂的开发已经成为疾病治疗的一个重要策略，目前已有一些药物研究取得了突破性的进展。其次，阿利斯教授着重介绍了组蛋白变体H3.3对染色质结构状态的动态调控，在组蛋白分子伴侣HirA介导H3.3掺入的情况下，染色质处于活性状态；而当组蛋白分子伴侣Daxx存在的情况下，染色质处于抑制状态。Daxx-H3.3/H4的复合物结构清楚的揭示组蛋白中仅一个氨基酸的差别就会导致后续截然不同的分子途径。

此外，阿利斯教授提出了“癌症组蛋白”（onco-histone）的概念。在儿童脑瘤中存在组蛋白H3上赖氨酸27位的突变（K27M），这一突变极大程度上抑制了胞内H3K27三甲基化的产生，诱发染色质状态的异常，进而导致疾病的发生。最后，从遗传角度阿利斯教授提出，父辈或祖辈所受到的表观遗传调控同样会遗传给子代。阿利斯教授综合探讨了表观遗传学的各个分支，并以时代杂志的一期封面《为什么DNA并不能决定你的命运》结束了精彩的演讲。报告结束后，阿利斯教授与在座师生进行了真诚热烈的互动交流，同时也对大家在领域内的许多疑问进行了细致解答。阿利斯教授严谨的研究态度和幽默风趣的演讲给师生们留下了深刻的印象。

美国洛克菲勒大学阿利斯教授是在表观遗传领域里享有崇高声誉的科学家。现为美国国家科学院、美国艺术与科学学院院士，美国洛克菲勒大学染色质生物学及表观遗传学实验室主任。曾获2003 Massry奖，2004 生物医学Wiley奖，2007年加拿大盖尔德纳国际奖，2008 ASBMB-Merck奖，2011 基础医学杰出工作Lewis S. Rosenstiel Award，2012年汤姆森路透社引文桂冠奖，2014年日本奖，2014年法国科学院Charles-Leopold-Meyer奖，和2015年生命科学突破奖等多项国际大奖。

阿利斯教授作为现代表观遗传学奠基人之一，在上世纪70年代末期就开始专注于组蛋白与染色质生物学研究。1996年，阿利斯教授在Cell杂志发表文章，首次揭示组蛋白乙酰基转移酶是一类重要转录共激活物。这一突破性发现首次证实细胞核核小体上的组蛋白不仅仅是用作染色质的骨架，组蛋白修饰还能够调节基因活性，这一突破性的发现标志着表观遗传学的兴起。阿利斯教授后续还开展了一系列高水平研究工作，系统探索了包括甲基化、磷酸化、泛素化在内的各种组蛋白修饰以及组蛋白变体对基因表达调控、染色质结构乃至癌症等疾病发生的影响。他还发展了有广泛影响力的“组蛋白密码”假说，认为纷繁多样的组蛋白修饰携带了一层超越DNA序列的表观遗传信息，协同调控着基因组遗传信息的解读。另外，阿利斯教授还为表观遗传学领域培养了诸多优秀的学者，并且主编了首部表观遗传学经典教科书《Epigenetics》。

第二站：中国医学科学院北京协和医学院，2015年5月20日

报告题目：表观遗传修饰的多样性及其对人类肿瘤的影响

注：以下内容来自协和医学院官网

       2015年5月20日上午，美国国家科学院、美国艺术与科学学院院士Charles David Allis教授应邀做客中国医学科学院“协和大师讲堂”，在小礼堂做了一场题为“表观遗传修饰的多样性及其对人类肿瘤的影响”的大师报告，曹雪涛院长主持了报告。

曹雪涛院长首先向师生们简单介绍了Allis教授的研究经历。Allis教授目前任教于美国洛克菲勒大学，是表观遗传领域里享有崇高声誉的科学家，曾获加拿大生物医学总督奖、汤姆森路透社引文桂冠奖、日本奖、生命科学突破奖等多项国际大奖,在核小体组蛋白修饰对基因表达的调控作用上做出了一系列原创性工作，由此促使了表观遗传学这一全新生命科学研究领域的诞生和兴起。

Allis教授在报告中向大家介绍了近年来所从事的研究工作。首先，他提出了细胞核核小体上的组蛋白不仅仅是作为染色质的骨架，更重要的是组蛋白修饰可以调节基因的活性；其次，Allis教授重点阐述了研究小组在组蛋白变体H3.3赖氨酸突变对肿瘤发生的影响方面做出的工作，指出赖氨酸向甲硫氨酸的突变在人类肿瘤尤其是儿童肿瘤的发生中扮演重要角色，同时也为肿瘤治疗提供了新的可能；最后，Allis教授强调组蛋白的每一个氨基酸都是非常重要的，特别是经过修饰的赖氨酸应当引起广泛关注。Allis教授的精彩报告博得了现场师生的热烈掌声。报告结束后，Allis教授还与大家进行互动交流，解答了师生们在科研中遇到的疑问，使同学们深受启迪，更加坚定了大家在未来的科研道路上攻坚克难、开拓创新的信念。

第三站：同济大学，2015年5月23日

报告题目：Varyingthe Terrain of Epigenetic Landscapes: Implications for Human Cancer

        Allis教授第三站来上海并且是在同济大学，而同济此次特别主办了“同济大学表观遗传学报告会”。Allis教授自然在当天是第一个也是唯一一个作60分钟特邀报告的讲演者，本次报告由同济大学孙方霖教授主持，主持人应该是比较兴奋，也准备很长的介绍稿，这大概是我听过的最长的介绍。Allis教授满头银发，但是精神矍铄，气场十足，给我们这些学生春风化雨般感受。一个小时的报告，大家很仔细的聆听了，而我也用相机记录了Allis教授的每一张Slide，貌似这样很不礼貌吧，因为都是unpublish的data。

讲完后粉丝云集