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红系特异的5-氨基酮戊酸合成酶(ALAS2)是红系细胞血红素生物合成的限速酶。ALAS2的缺失能导致红细胞发育的停滞，ALAS2基因的遗传性突变能引起x-连锁的成高铁红细胞贫血(xLSA)。ALAS2基因的表达在红细胞发生过程中显著增加以满足血红蛋白合成增加时对更多血红素的需求。ALAS2基因的表达主要在转录水平和翻译水平被调控。
本论文用组蛋白去乙酰化酶抑制剂丁酸钠和TSA处理红白血病细胞K562，反转录-PCR(RT-PCR)和染色质免疫沉淀(ChIP)分析发现细胞内ALAS2基因转录水平明显升高，同时伴随着ALAS2基因启动子组蛋白H4乙酰化水平的升高。ChIP实验进一步表明组蛋白乙酰转移酶p300能够与ALAS2基因启动子结合。细胞转染和报告基因分析结果显示：p300在细胞内过量表达既能提高ALAS2基因启动子报告基因的转录活性，又能提高细胞内源ALAS2基因mRNA水平。用p300的突变体p300△HAT(乙酰转移酶催化结构域缺失)代替p300重复上述实验发现p300乙酰转移酶活性在激活ALAS2基因转录过程中是必要的。另外，我们还通过电泳迁移率(EMSA)实验确定ALAS2基因启动子上两个新的Spl结合位点。报告基因染色质免疫沉淀(reporter ChIP)实验结果显示：P300和GATA-1共转染细胞使ALAS2野生型基因启动子处的组蛋白H4乙酰化水平升高，对GATA-1位点突变的启动子组蛋白乙酰化水平无明显影响。位点突变体报告基因分析表明ALAS2基因启动子上的两个GATA-1位点和所有的Spl位点都参与了p300的招募。我们的工作确定了ALAS2基因是组蛋白乙酰转移酶p300／CBP的一个靶基因。
另一方面，我们研究了组蛋白去乙酰化酶抑制剂丁酸钠(NaBu)激活ALAS2基因转录的机制。我们发现NaBu不仅能上调红系细胞ALAS2基因的转录，而且能激活非红系细胞ALAS2基因的转录。同时ALAS2基因启动子的组蛋白H3乙酰化水平以及组蛋白H3的第4位赖氨酸的双甲基化水平升高。以启动子报告基因质粒转染细胞，然后用含有NaBu的培养基培养细胞，结果表明NaBu能以剂量依赖的方式增强ALAS2基因启动子转录活性。以各种位点突变体报告基因质粒转染细胞，再用NaBu处理发现，任何一个Spl位点的突变都会不同程度地降低NaBu对ALAS2基因启动子的激活作用，当所有的Spl位点都突变时，NaBu对ALAS2基因启动子的激活作用大大降低。因此，我们相信ALAS2基因启动子上的Spl位点是NaBu的应答元件，即Spl位点至少部分地介导了NaBu对ALAS2基因转录的激活。染色质免疫沉淀实验还发现。NaBu的处理能增加ALAS2基因启动子上Spl因子的结合。进一步研究发现：组蛋白去乙酰化酶HDACl能抑制ALAS2基因启动子的活性，它还能逆转Spl和p300对ALAS2基因启动子的协同激活作用。ChIP实验证实了ALAS2基因启动子上有：HDACl的结合，免疫共沉淀(CoIP)分析表明Spl和HDACl存在于同一复合物中。因此，我们认为转录因子Spl能招募去乙酰化酶HDACl抑制ALAS2基因的转录，推测HDAC抑制剂NaBu通过抑制HDACl的活性促进ALAS2基因的转录。
总之，可逆的组蛋白乙酰化修饰参与了ALAS2基因的转录调控。红系特异的转录因子GATA-1和遍在因子Sp1共同招募组蛋白乙酰转移酶p300，激活ALAS2基因的转录，Sp1还能招募组蛋白去乙酰化酶HDAC1抑制ALAS2基因的转录。p300活性和HDAC1活性的动态平衡决定了ALAS2基因的转录状态。
本论文对红系细胞血红素生物合成限速酶(ALAS2)基因转录调控的研究，为进一步深入探讨红细胞发育和凋亡以及ALAS2基因启动子突变引起成高铁红细胞贫血疾病(XLSA)的机理提供有价值的实验证据。