综述：WDR5的见解：揭示其在骨骼肌中的功能、调控及影响

《Environmental Technology Reviews》：Insights into WDR5: unveiling its functions, regulation, and impact on skeletal muscle

　　本综述系统阐述了WDR5作为多功能支架蛋白在表观遗传调控中的核心作用，重点聚焦其在骨骼肌稳态与再生中的机制。文章深入解析了WDR5通过WIN/WBM位点与MLL复合物、lncRNA、PTMs等因子的相互作用，如何动态调控H3K4甲基化（H3K4me3/me2）、组蛋白乙酰化等修饰，从而影响卫星细胞（SCs）分化、肌肉再生及相关疾病（如肌营养不良、衰老性肌少症）。文中还探讨了靶向WDR5的治疗策略（如PROTAC降解剂），为肌肉疾病治疗提供了新视角。

　　

引言

WD40重复蛋白5（WDR5）是一种高度保守的多功能支架蛋白，以其独特的环形结构和WDR5结合基序（WBM）、WDR5相互作用（WIN）位点介导多种蛋白质相互作用。它在组蛋白修饰（包括H3K4甲基化（H3K4me）、组蛋白乙酰化和去乙酰化）中扮演关键角色，影响干细胞维持与分化。近期研究凸显了其在肌肉稳态中的作用，尤其在骨骼肌祖细胞中调控PAX7驱动的生肌因子表达。此外，WDR5通过调控谱系特异性基因上的H3K4me标记来调节平滑肌中的表观遗传程序。尽管其在癌症和染色质重塑中的作用已被广泛研究，但其更广泛的生理功能仍待探索。

WDR5的表观遗传调控

WDR5是染色质修饰的核心表观遗传调节因子。它与MLL/SET1形成复合物以催化H3K4甲基化，这一标记通常与基因激活相关。然而，WDR5并非仅与此相关；它也能与抑制性复合物如NuRD结合，贡献于转录沉默。这种双重功能使其能参与多样的染色质修饰组装体，依据细胞上下文介导甲基化、乙酰化和去乙酰化。这种多功能性强调了其在不同组织和条件下协调基因表达程序中的关键作用。

H3K4甲基化

WDR5作为WRAD复合物（包含RbBP5、ASH2L和DPY30）的核心组成部分，通过其与SET1/MLL组蛋白甲基转移酶（HMTs）家族的关联，促进组蛋白H3第四赖氨酸残基（H3K4）的甲基化，这一修饰对转录程序和维持可访问的染色质状态至关重要。WRAD复合物以明确的化学计量组装，最新低温电子显微镜研究揭示了其逐步招募途径：RbBP5首先与核小体结合，随后招募WDR5以稳定MLL1的催化SET结构域，部分整合MLL1和ASH2L后，DPY30同源二聚体结合ASH2L，最终稳定复合物并促进高阶H3K4二和三甲基化。WDR5作为中央支架，直接通过其WBM位点与RbBP5相互作用，并通过WIN基序与MLL1相互作用，从而实现完全组装且有催化能力的复合物形成。

在骨骼肌中，H3K4甲基化是发育和再生过程中关键生肌基因激活的基础，支持染色质可及性和谱系特异性转录。H3K4存在三种甲基化状态：单甲基化（H3K4me1）、二甲基化（H3K4me2）和三甲基化（H3K4me3），均与常染色质和基因表达相关。H3K4me3通常富集在转录起始位点（TSS），促进RNA聚合酶II（Pol II）的招募和转录起始；H3K4me2则分布更广的基因体区域，而H3K4me1主要位于远端增强子。值得注意的是，WRAD alone能促进H3K4me1，但此活性仅限于H3/H4四聚体，因此完全甲基化需要WRAD和SET1/MLL蛋白的协同作用。

SET1/MLL家族包括六个不同成员：MLL1-4、SET1A和SET1B。WDR5调节每个复合物成员的活性，通常不同程度地增强其酶功能。一个有趣的例外是MLL3，其中WDR5的缺失反而增加其单甲基转移酶活性，这一效应似乎通过破坏RbBP5/Ash2L相互作用或独立于它发生。尽管存在这种功能分歧，MLL3的WIN基序仍保留与WDR5的高亲和力结合，表明WDR5可能作为MLL3活性的负调控因子。相比之下，WDR5对MLL1、MLL2、MLL4、SETd1A和SETd1B产生积极影响，尽管对每个复合物产生 distinct effects。具体而言，MLL1和SETd1A复合物完全依赖WDR5实现其完整的二和三甲基化活性，突显了WDR5在其组装和功能中的关键作用。破坏WDR5内的WIN基序显著损害这些复合物的组装和活性。相反，WDR5在MLL2/4和SETd1B中的作用表现出更大的可变性，这种差异可能与WDR5对特定甲基化状态的选择性调控更相关。

组蛋白修饰的识别

WDR5表现出识别特定组蛋白修饰的显著能力，影响染色质可及性和基因表达调控。其中，其与组蛋白H3上甲基化精氨酸2（H3R2）的相互作用尤为特征明确。不对称二甲基化（H3R2me2a）抑制WDR5结合，从而阻止SET/MLL复合物对H3K4的甲基化，导致转录抑制；而对称二甲基化（H3R2me2s）支持WDR5招募并与启动子附近的活性染色质标记H3K4me1和H3K4me3共定位。甲基化互换过程由蛋白质-精氨酸甲基转移酶（PRMTs）精细控制：PRMT6沉积H3R2me2a，而PRMT5和PRMT7分别产生H3R2me2s和H3R2me1。值得注意的是，PRMT5和PRMT7在骨骼肌卫星细胞（SCs）的调控和再生能力中也发挥 essential 作用，表明WDR5可能通过精氨酸甲基化途径间接参与肌生成。

WDR5还识别组蛋白H3上谷氨酰胺5的血清素化（H3Q5ser）和H3K4Me2。H3Q5ser由转谷氨酰胺酶2（TGM2）催化，常与H3K4me3结合发现。这种双重修饰通过增强转录因子IID（TFIID）的招募在基因转录激活中发挥重要作用。特别是，H3Q5ser促进WDR5招募到染色质，贡献于转录活性。WDR5 WIN位点的突变降低了神经母细胞瘤细胞中的H3K4me3水平，可能是通过破坏对修饰H3尾的识别。然而，H3Q5ser已显示对MLL1活性没有影响，因此H3K4me3的减少可能与WDR5和SET1/MLL家族另一个成员共同工作有关。

另一方面，虽然WDR5已证明其与H3尾结合的能力，但多项研究表明其对H3K4me2具有更高的亲和力。WDR5与H3K4me2唯一报道的、与WDR5建立H3K4me2标记的影响无关的相互作用，是它们与发散转录（XH）启动子内的活性染色质相关lncRNAs（lncCARs）的相互作用，诱导基因表达。然而，值得注意的是，WDR5和H3K4me2之间的结合尚未被检验。尽管如此，观察到lncCARs与WDR5的WBM位点（Phe266）相互作用，表明WDR5的WIN位点与H3K4me2之间存在潜在的直接相互作用。此外，Subhash等人假设在XH背景下，lncCARs/WDR5对于H3K4me2向H3K4me3的转化至关重要。在骨骼肌中，带有H3K4me2标记的区域对于卫星细胞激活期间激活生肌基因如Myf5和MyoD至关重要，这一过程受Pax7和SET1/MLL复合物调控，表明WDR5可能支持这种表观遗传转变。

除了甲基化相关相互作用外，WDR5在组蛋白标记识别方面也表现出多功能性。例如，它已显示识别组蛋白H3上苏氨酸11磷酸化（H3T11P），这是一种涉及雄激素受体信号传导的标记。这突显了WDR5在解释组合组蛋白密码以招募SET1/MLL复合物并驱动上下文依赖性基因表达方面的更广泛作用。

有趣的是，最近的发现将H3T11磷酸化（H3T11P）的相关性扩展到骨骼肌分化。一项研究表明，在生肌承诺过程中，糖酵解酶PKM2易位到细胞核并磷酸化生肌调控基因（如Myog和Myh3）启动子上的H3T11。这种磷酸化事件对成肌细胞分化过程中的染色质可及性和转录激活至关重要。鉴于WDR5识别H3T11P，推测WDR5可以解释这种修饰以招募SET1/MLL复合物，并促进肌肉特异性基因位点上的H3K4甲基化，表明WDR5在肌肉发育过程中将代谢信号与表观遗传重塑耦合的协调机制。

组蛋白去乙酰化

除了甲基化，WDR5也被广泛报道作为去乙酰酶复合物的一部分，最显著的是ATP依赖性核小体重塑和去乙酰酶（NuRD）复合物，作为转录共抑制因子，精细调节基因沉默和激活过程。NuRD复合物的多样性由其各种组合所强调，每种组合表现出 distinct 活性。值得注意的是，在多能性领域，NuRD-多梳抑制复合物2（PRC2）和NuRD-Cdk2ap1复合物已引起 significant 关注。NuRD在基因调控中的关键作用进一步 emphasized by 其去乙酰化H3K27的能力，促进PRC2在二价启动子处对其 subsequent 三甲基化。此外，Cdk2ap1和NuRD之间的相互作用对于细胞分化至关重要。而且，两种NuRD复合物变体都知道与WDR5相互作用。近期研究揭示了WDR5对NuRD-Cdk2ap1复合物一个成员、较不丰富的MBD3亚型MBD3C的亲和力，通过WIN结合位点与WDR5相互作用。

此外，WDR5显示与NuRD复合物的其他关键组件相互作用的能力，包括染色质域-解旋酶-DNA结合蛋白4（CHD4）、组蛋白去乙酰酶2（HDAC2）、转移相关蛋白2（MTA2）和视网膜母细胞瘤结合蛋白4（RBBP4）。因此，WDR5/NuRD复合物在多能性和分化中扮演 vital 角色。

此外，NuRD复合物是骨骼肌再生过程中染色质结构和基因表达的关键调节因子。已显示它通过抑制非生肌谱系基因来维持卫星细胞 identity，从而确保适当的生肌进程。破坏NuRD组件，如CHD4，导致再生受损和谱系不忠，强调了其在保护肌肉干细胞命运中的关键作用。在危重病肌病等病理背景下，人类SCs中NuRD复合物的解体与修复能力受损相关。鉴于NuRD复合物在肌肉中的关键作用，WDR5可能通过调节染色质可及性或招募额外表观遗传因子来贡献于肌肉特异性NuRD功能。

WDR5还在各种生物学背景下与组蛋白去乙酰酶（HDACs）相互作用，强调了其形成不同复合物的多功能性。一个例子是与HDAC1、HDAC2和转录共调节因子RERE（Atrophin-2）形成WHHERE复合物，这对视黄酸信号传导和发育过程中适当的体节对称性至关重要。值得注意的是，在这个复合物内，WDR5直接与Atrophin-2相互作用，而不是与HDACs本身。

相比之下，在γ-珠蛋白基因表达调控中报道了WDR5和HDAC1之间的直接结合。在这种 setting 下，WDR5与PRMT5相互作用以促进γ-珠蛋白启动子上的H3K4三甲基化，这种修饰随后招募ING2和HDAC1。这种级联导致组蛋白去乙酰化和转录抑制，说明了通过协调组蛋白修饰从基因 priming 到沉默的功能转变。此外，WDR5在缺氧诱导的上皮-间质转化（EMT）背景下与HDAC3形成复合物。在这里，HDAC3直接与WDR5结合以促进甲基转移酶复合物招募到H3K4，贡献于HIF-1α驱动的EMT和转移过程中的转录程序。

组蛋白乙酰化

WDR5在组蛋白乙酰化复合物中也扮演重要角色。最 well-reported 的相互作用是在非特异性致死（NSL）复合物内，由组蛋白乙酰转移酶Males absent on the First（MOF）和另外两个亚基KAT8 Regulatory NSL Complex Subunit 1（KANSL1）和KAT8 Regulatory NSL Complex Subunit 2（KANSL2）组成。WDR5与两者形成直接关联以乙酰化H4K16、H4K5和H4K8。值得注意的是，KANSL1结合到WDR5的WIN位点，而KANSL2与WBM位点相互作用。尽管NSL和组蛋白甲基转移酶（HMT）复合物之间存在 apparent 矛盾，但 intriguingly NSL复合物已被报道通过乙酰化机制诱导SET1/MLL复合物的活性，导致H3K4二甲基化和 subsequent 基因激活。然而，WDR5是否促进这种招募仍然是个谜，值得进一步调查。

WDR5与双组蛋白乙酰转移酶（ATAC）复合物和赖氨酸乙酰转移酶2B（KAT2B）相互作用，两者对染色质重塑和转录调控都至关重要。对发育和细胞周期控制 essential 的ATAC复合物包括乙酰转移酶GCN5和ATAC2，它们与WDR5以及其他组件如MBIP和DR1相关联。KAT2B，一种组蛋白乙酰转移酶，也与WDR5相互作用以通过 glucagon 诱导的H3K9乙酰化和通过CREB – CRTC2轴的转录激活来调节代谢基因表达。这在骨骼肌中具有 particular 相关性，其中KAT2B已显示通过增强细胞周期中涉及的Ccna2、Cdc25c基因的表达来促进成肌细胞增殖。尽管WDR5和KAT2B在肌肉中的直接联系尚未被证明，但WDR5与乙酰转移酶和甲基转移酶的已知相互作用，连同KAT2B在肌肉分化中的 essential 作用，表明WDR5在肌生成过程中调节染色质结构的潜在表观遗传轴。因此，WDR5可能作为一个整合中心，协调乙酰化和甲基化动力学以微调骨骼肌中的转录程序。

由于WDR5与包含染色质域的伙伴如CHD4相互作用，对其与溴结构域包含蛋白质的潜在关联知之甚少，这些蛋白质作为乙酰化赖氨酸的关键阅读器并介导转录激活。迄今为止，报道的背景是在黑色素瘤细胞中，其中共免疫沉淀研究表明WDR5可以通过lncRNA NEAT1与BRD4形成复合物，将两种蛋白质维持在低活性状态。在此背景之外，WDR5和溴结构域蛋白质之间的直接相互作用尚未得到验证，它们的功能相关性仍然是一个悬而未决的问题。在其他细胞类型中研究这一轴可能揭示WDR5是否与溴结构域阅读器合作以整合染色质调控中的甲基化和乙酰化信号。

WDR5的调控

LncRNAs

根据先前证据，WDR5扮演多样化的角色并参与各种相互作用。某些与WDR5相关的复合物可能促进基因表达，而其他可能抑制它。而且，研究强调了WDR5在细胞分化和多能性中的 significance，表明其可能通过特定机制受到 regulation 或 guidance。考虑到这一点，在过去几年中，lncRNAs已成为指导WDR5通过基因组的有希望的候选者。正如之前讨论的，Subhash等人将209个lncRNAs分类为活性染色质相关RNA，因为它们