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真核细胞内的遗传信息储存于染色质内，染色质由DNA和组蛋白两部分组成。其中，组蛋白包括常规组蛋白和组蛋白变体两大类。组蛋白变体与DNA甲基化、染色质重塑复合物、组蛋白修饰和非编码RNA一起被列为“表观遗传调控因子”。但是，对组蛋白变体在细胞发育分化过程中的调控功能和具体机制目前研究仍不充分，也没有形成清楚的结论。 本实验室前期建立了染色质体外组装体系，结合荧光共振能量转移、单分子磁镊、电子显微镜成像和分析超速离心等目前先进的生物物理技术对包含组蛋白变体H2A.Z和H3.3的单核小体和染色质高级结构的理化性质进行了详细的比较研究。并进一步的，建立了体外转录体系比较包含组蛋白变体H2A.Z和H3.3的染色质的转录活性。结果证明，组蛋白变体H2A.Z可以固缩染色质高级结构并且可以直接抑制体外转录活性;而组蛋白变体H3.3可以破坏H2A.Z对染色质的固缩并且在体外解除H2A.Z对转录活性的抑制。实验室利用小鼠胚胎干细胞维甲酸(RA)诱导体系发现了在Cyp26A1基因激活过程中H2A.Z从启动子区解离，H3.3从增强子区解离的现象，并且发现敲除H2A.Z可以提高核心转录因子和RNA聚合酶在启动子区域的结合，敲除H3.3会显著影响转录因子RAR在启动子和增强子区域定位的现象。 本课题建立在实验室前期工作的基础上，推测胚胎干细胞内组蛋白变体H3.3对诱导型转录因子RAR的定位存在调控，组蛋白变体H2A.Z对诱导基因的转录起抑制作用。为了证实上述假设具有全基因组的普遍性，本课题采用ChIP-seq技术对小鼠胚胎干细胞全基因组进行分析。结果证实了组蛋白变体H3.3可以直接调控转录因子RAR对胚胎干细胞内的RARE的识别活化。出乎我们意料的是，组蛋白变体H3.3还定义了一类新的增强子区段，这类增强子具有“Poised”的性质。我们观察到，在胚胎干细胞中，H3.3富集在决定胚胎干细胞直接下游的细胞分化类型的基因的增强子区段中，故推测其可能具有“预报”细胞命运的功能。 通过全基因组分析，我们也证实了组蛋白变体H2A.Z在诱导基因转录中起到“闸门”(barrier)作用。进一步的，我们发现H2A.Z对转录抑制状态的“标签”H3K27me3在全基因组上的建立和维持都起到了重要的直接调控作用。同时，我们发现H2A.Z可以通过形成致密的染色质结构来促进PRC2的活性，从而维持基因组H3K27me3修饰的水平。 总之，本课题在胚胎干细胞的染色质水平上，组蛋白变体H3.3在诱导基因转录激活中对先锋转录因子的识别定位起到调控作用。发现组蛋白变体H2A.Z在诱导基因转录抑制的过程中存在的两种机制:一是直接抑制核心转录机器的活性，二是促进转录抑制标签H3K27me3在基因组上的建立和维持。这些结果有助于我们全面深入理解H2A.Z和H3.3这两个组蛋白变体在基因转录调控和细胞发育分化中发挥的重要作用。