A recent meeting (December 2008) regarding chromatin-based epigenetics was hosted by the Banbury Conference Center and Cold Spring Harbor Laboratory. The intent was to discuss aspects of epigenetic control of genomic function, and to arrive at a consensus definition of "epigenetics" to be considered by the broader community. It was evident that multiple mechanistic steps lead to the stable heritance of the epigenetic phenotype. Below we provide our view and interpretation of the proceedings at the meeting.

Recurrent chromosomal translocations involving the mixed lineage leukaemia (MLL) gene initiate aggressive forms of leukaemia, which are often refractory to conventional therapies. Many MLL-fusion partners are members of the super elongation complex (SEC), a critical regulator of transcriptional elongation, suggesting that aberrant control of this process has an important role in leukaemia induction. Here we use a global proteomic strategy to demonstrate that MLL fusions, as part of SEC and the polymerase-associated factor complex (PAFc), are associated with the BET family of acetyl-lysine recognizing, chromatin 'adaptor' proteins. These data provided the basis for therapeutic intervention in MLL-fusion leukaemia, via the displacement of the BET family of proteins from chromatin. We show that a novel small molecule inhibitor of the BET family, GSK1210151A (I-BET151), has profound efficacy against human and murine MLL-fusion leukaemic cell lines, through the induction of early cell cycle arrest and apoptosis. I-BET151 treatment in two human leukaemia cell lines with different MLL fusions alters the expression of a common set of genes whose function may account for these phenotypic changes. The mode of action of I-BET151 is, at least in part, due to the inhibition of transcription at key genes (BCL2, C-MYC and CDK6) through the displacement of BRD3/4, PAFc and SEC components from chromatin. In vivo studies indicate that I-BET151 has significant therapeutic value, providing survival benefit in two distinct mouse models of murine MLL-AF9 and human MLL-AF4 leukaemia. Finally, the efficacy of I-BET151 against human leukaemia stem cells is demonstrated, providing further evidence of its potent therapeutic potential. These findings establish the displacement of BET proteins from chromatin as a promising epigenetic therapy for these aggressive leukaemias.

DNA methylation plays an important role in mammalian development and correlates with chromatin-associated gene silencing. The recruitment of MeCP2 to methylated CpG dinucleotides represents a major mechanism by which DNA methylation can repress transcription. MeCP2 silences gene expression partly by recruiting histone deacetylase (HDAC) activity, resulting in chromatin remodeling. Here, we show that MeCP2 associates with histone methyltransferase activity in vivo and that this activity is directed against Lys9 of histone H3. Two characterized repression domains of MeCP2 are involved in tethering the histone methyltransferase to MeCP2. We asked if MeCP2 can deliver Lys9 H3 methylation to the H19 gene, whose activity it represses. We show that the presence of MeCP2 on nucleosomes within the repressor region of the H19 gene (the differentially methylated domain) coincides with an increase in H3 Lys9methylation. Our data provide evidence that MeCP2 reinforces a repressive chromatin state by acting as a bridge between two global epigenetic modifications, DNA methylation and histone methylation. DNA methylation plays an important role in mammalian development and correlates with chromatin-associated gene silencing. The recruitment of MeCP2 to methylated CpG dinucleotides represents a major mechanism by which DNA methylation can repress transcription. MeCP2 silences gene expression partly by recruiting histone deacetylase (HDAC) activity, resulting in chromatin remodeling. Here, we show that MeCP2 associates with histone methyltransferase activity in vivo and that this activity is directed against Lys9 of histone H3. Two characterized repression domains of MeCP2 are involved in tethering the histone methyltransferase to MeCP2. We asked if MeCP2 can deliver Lys9 H3 methylation to the H19 gene, whose activity it represses. We show that the presence of MeCP2 on nucleosomes within the repressor region of the H19 gene (the differentially methylated domain) coincides with an increase in H3 Lys9methylation. Our data provide evidence that MeCP2 reinforces a repressive chromatin state by acting as a bridge between two global epigenetic modifications, DNA methylation and histone methylation. histone deacetylase chromatin immunoprecipitation hemagglutinin glutathione S-transferase reverse transcription differentially methylated domain tetracycline Methylation of cytosines is essential for mammalian development and is associated with gene silencing (1Bird A. Genes Dev. 2002; 16: 6-21Crossref PubMed Scopus (5595) Google Scholar). DNA methylation represses genes partly by recruitment of methyl-CpG-binding domain proteins, which selectively recognize methylated CpG dinucleotides. MeCP2 is the founder member of the methyl-CpG-binding domain proteins, which consists of a single polypeptide that contains a methyl-CpG-binding domain and a transcriptional repression domain. MeCP2 is capable of binding to a single symmetrically methylated CpG both in naked DNA and within chromatin (2Lewis J.D. Meehan R.R. Henzel W.J. Maurer-Fogy I. Jeppesen P. Klein F. Bird A. Cell. 1992; 69: 905-914Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (1116) Google Scholar, 3Nan X. Campoy F.J. Bird A. Cell. 1997; 88: 471-481Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (1053) Google Scholar). It is now well established that MeCP2 silences transcription by recruiting the histone deacetylase (HDAC)1 repressive machinery, which removes acetyl groups from histones resulting in gene silencing (4Nan X., Ng, H.H. Johnson C.A. Laherty C.D. Turner B.M. Eisenman R.N. Bird A. Nature. 1998; 393: 386-389Crossref PubMed Scopus (2827) Google Scholar, 5Jones P.L. Veenstra G.J. Wade P.A. Vermaak D. Kass S.U. Landsberger N. Strouboulis J. Wolffe A.P. Nat. Genet. 1998; 19: 187-191Crossref PubMed Scopus (2274) Google Scholar). However, the inhibition of histone deacetylase activity using drugs such as Trichostatin A only partially relieves MeCP2-mediated transcriptional repression. This partial relief indicates that additional mechanisms of repression by MeCP2 likely exist aside from the recruitment of histone deacetylase. Beside histone deacetylation, histone methylation is emerging as another key post-translational modification of histones and represents an important epigenetic mechanism for the organization of chromatin structure and the regulation of gene expression. In particular, methylation at lysine 9 of histone H3 is associated with gene silencing, and several enzymes that catalyze the addition of methyl groups to lysine 9 have recently been identified (6Kouzarides T. Curr. Opin. Genet. Dev. 2002; 12: 198-209Crossref PubMed Scopus (757) Google Scholar). Interestingly, recent data have shown that the retinoblastoma protein represses transcription through the recruitment of HDAC activity, but in a second step it recruits histone methylation activity specific for lysine 9 of histone H3 (7Nielsen S.J. Schneider R. Bauer U.M. Bannister A.J. Morrison A. O'Carroll D. Firestein R. Cleary M. Jenuwein T. Herrera R.E. Kouzarides T. Nature. 2001; 412: 561-565Crossref PubMed Scopus (757) Google Scholar). By analogy to retinoblastoma, we considered in the present work whether MeCP2-mediated repression might also include, besides histone deacetylation, a second stage involving histone methylation. Here, we show that MeCP2 associates with histone methylation in vitro as well as in vivo. The MeCP2-associated methylation activity is found to be specific for lysine 9 of histone H3. By means of chromatin immunoprecipitation (ChIP) experiments, we show that MeCP2 facilitates H3 Lys9 methylation of the H19 gene, a bona fide MeCP2-regulated gene. Our results indicate that MeCP2 acts as a mechanistic bridge between DNA methylation and histone methylation and thus reinforce the repressive function of these two distinct methylation events. We cloned MeCP2 1–77 into the pGEX vector (Pharmacia) by PCR using the appropriate sets of primers. The other pGEX expression vectors for full-length and deletion mutants of MeCP2 have been described previously (8Nan X. Meehan R.R. Bird A. Nucleic Acids Res. 1993; 21: 4886-4892Crossref PubMed Scopus (500) Google Scholar). The HA-tagged mammalian expression construct of MeCP2 (HA-MeCP2) was generated by insertion of a synthetic oligonucleotide encoding the HA epitope sequence into the 5′ end of MeCP2 cDNA in frame in pBluescriptSK− based vector p65Δ (8Nan X. Meehan R.R. Bird A. Nucleic Acids Res. 1993; 21: 4886-4892Crossref PubMed Scopus (500) Google Scholar). pCMV-HA-MeCP2 was constructed by insertion of theNotI/EcoRI-restricted fragment encoding HA-MeCP2 into the BamHI site of pCMV-Bam-Neo vector such that the CMV promoter drives HA-MeCP2 expression. pTRE-MeCP2 was constructed by insertion of the EcoRI-restricted HA-MeCP2 fragment from pCMV-HA-MeCP2 into the EcoRI site of pTRE (Clontech). pTRE-HA-MeCP2/Zeo was constructed by insertion of a BamHI/BglII-restricted Zeocin resistance cassette from pZeo/SV (Invitrogen) into the XhoI site of pTRE-HA-MeCP2. L929 mouse fibroblast cells (L cells) were co-transfected with pTet-Off and pTRE-HA-MeCP2/Zeo by electroporation. The cells were placed under selection for G418-resistance and Zeocin-resistance after 24 h following transfection. G418/Zeocin-resistant cell lines were tested for background and induced expression of HA-MeCP2 in the presence and absence of tetracycline, respectively. Expression was detected by anti-HA and anti-MeCP2 antibodies on Western blots. Clone L-4 did not express detectable HA-MeCP2 background but was strongly inducible by tetracycline withdrawal. Mouse MeCP2 Tet-Off fibroblasts (L cells) were grown to 75% confluence in Dulbecco's modified Eagle's medium (DMEM) supplemented with 10% tetracycline-free fetal calf serum (Clontech) at 37 °C, 5% CO2. Cells were then treated or not with 5 μg/ml tetracycline (Sigma) and harvested 1 or 3 days later. 293T cells were maintained in DMEM supplemented with 10% fetal calf serum and grown at 37 °C, 5% CO2. For transfection of 293T, we seeded ∼2–3 × 106 cells on the evening prior to procedure. We transfected cells with a total of 20 μg of DNA using the calcium phosphate co-precipitation method. The precipitate was washed off 10 h after transfection and incubated for an additional 24 h before harvesting. Wild type and Mecp2 −/y mouse cells (9Guy J. Hendrich B. Holmes M. Martin J.E. Bird A. Nat. Genet. 2001; 27: 322-326Crossref PubMed Scopus (1246) Google Scholar) were grown essentially as described before in modified Eagle's medium alpha and 10% fetal calf serum and grown at 37 °C, 5% CO2. We expressed GST and GST fusion proteins in Escherichia coliXA90 using the pGEX (Pharmacia) vector system and purified protein from crude bacterial lysates according to the manufacturer's instructions. We performed pull-down assays by incubating GST or GST fusion proteins prebound to glutathione beads (Pharmacia) with HeLa nuclear extracts (50 μl) in radioimmune precipitation assay buffer (200 μl; 50 mm Tris, pH 8.0, 150 mm NaCl, 1% Nonidet P-40, and 0.1% SDS). The incubation was performed at 4 °C for 12 h. The beads were then washed four times in 1 ml of radioimmune precipitation assay buffer before processing to histone methyltransferase assays. For immunoprecipitations prior to histone methyltransferase assays, antibodies against HA (12C5A, Roche), MeCP2 (07–013, Upstate Biotechnology), or green fluorescence protein (Abcam, ab290) were used. Extracts from transfected 293T cells that were lysed in IPH buffer (10Bannister A.J. Kouzarides T. Nature. 1996; 384: 641-643Crossref PubMed Scopus (1549) Google Scholar) or HeLa nuclear extracts (50 μl, Computer Cell Culture Centre, Mons, Belgium) were incubated with the relevant antibodies overnight at 4 °C. Antibody complexes were collected on protein A/G-Sepharose beads, washed four times in radioimmune precipitation assay buffer, and assayed for histone methyltransferase assays. Precipitations from pull downs or immunoprecipitations from HeLa nuclear extract or 293T transfected extracts were incubated with either 10 μg of histones (Sigma) or 5 μg of recombinant H3 (gift from Karl Nightingale) and 2 μl [3H-Me]-S-adenosyl methionine (AmershamBiosciences, 67 Ci mmol−1) in buffer MAB (50 mm Tris, pH 8.5, 20 mm KCl, 10 mmMgCl2, 10 mm 2-mercaptoethanol, and 250 mm w/v sucrose) at 30 °C for 4 h. The reaction products were then resolved by SDS-PAGE, Western blotted, and autoradiography was performed. The position of radiolabeled H3 was identified by its size using radiolabeled molecular weight markers (Amersham Biosciences) as well as by comparing the autoradiography with the gel stained with Ponceau. For N-terminal sequencing, radiolabeled histone H3 was blotted to polyvinylidene difluoride (Millipore) and sequenced by Edman degradation (Protein Sequencing Facility, University of Cambridge, Cambridge, UK). Amino acid fractions were analyzed for the presence of tritium by scintillation counting. Western blotting from MeCP2 Tet-Off cells were done as described (11Fuks F. Burgers W.A. Brehm A. Hughes-Davies L. Kouzarides T. Nat. Genet. 2000; 24: 88-91Crossref PubMed Scopus (835) Google Scholar) using MeCP2 antibody (07–013, Upstate Biotechnology). Total RNA was isolated from wild type and Mecp2 −/y mouse cells (9Guy J. Hendrich B. Holmes M. Martin J.E. Bird A. Nat. Genet. 2001; 27: 322-326Crossref PubMed Scopus (1246) Google Scholar) following the Qiagen RNeasy Midi protocol. Purified RNA (0.5 μg) was used for quantitative RT-PCR, following the Qiagen One Step protocol, for 28 PCR cycles. MeCP2 Tet-Off cells treated or not with tetracycline were cross-linked with 0.75% formaldehyde (Sigma) at room temperature for 10 min. Cells were rinsed twice with ice-cold phosphate-buffered saline (pH 7.4) and collected in phosphate-buffered saline and centrifuged for 5 min at 1200 rpm. ChIPs were then performed as described (12Dedon P.C. Soults J.A. Allis C.D. Gorovsky M.A. Anal. Biochem. 1991; 197: 83-90Crossref PubMed Scopus (104) Google Scholar, 13Orlando V. Strutt H. Paro R. Methods. 1997; 11: 205-214Crossref PubMed Scopus (514) Google Scholar) with either 4 μl of anti-H3 methyl Lys9 (MeK9, Abcam, ab7658) or 4 μl of an affinity-purified unrelated antibody (raised against the N terminus of the nuclear import factor RCH1) or 5 μl of anti-MeCP2 (Upstate Biotechnology 07–013) or 5 μl of an affinity-purified unrelated antibody (anti-HA, Upstate Biotechnology 06–831). The specificity for anti-MeK9 H3 has been reported previously (7Nielsen S.J. Schneider R. Bauer U.M. Bannister A.J. Morrison A. O'Carroll D. Firestein R. Cleary M. Jenuwein T. Herrera R.E. Kouzarides T. Nature. 2001; 412: 561-565Crossref PubMed Scopus (757) Google Scholar). Immunoprecipitations were analyzed by PCR for the presence of the H19 DMD-encompassing fragment. Amplification of the H19 DMD region was performed using primer pairs at positions −2892 bp versus start site to −2137. The cycle number and the amount of template were varied to ensure that results were within the linear range of the PCR. Silencing of transcription by MeCP2 involves the recruitment of HDAC activity (4Nan X., Ng, H.H. Johnson C.A. Laherty C.D. Turner B.M. Eisenman R.N. Bird A. Nature. 1998; 393: 386-389Crossref PubMed Scopus (2827) Google Scholar, 5Jones P.L. Veenstra G.J. Wade P.A. Vermaak D. Kass S.U. Landsberger N. Strouboulis J. Wolffe A.P. Nat. Genet. 1998; 19: 187-191Crossref PubMed Scopus (2274) Google Scholar). However, additional pathways by which MeCP2 represses transcription probably exist because HDAC inhibitors do not completely relieve MeCP2-mediated silencing (4Nan X., Ng, H.H. Johnson C.A. Laherty C.D. Turner B.M. Eisenman R.N. Bird A. Nature. 1998; 393: 386-389Crossref PubMed Scopus (2827) Google Scholar, 5Jones P.L. Veenstra G.J. Wade P.A. Vermaak D. Kass S.U. Landsberger N. Strouboulis J. Wolffe A.P. Nat. Genet. 1998; 19: 187-191Crossref PubMed Scopus (2274) Google Scholar). The retinoblastoma protein represses transcription not only through recruitment of HDAC activity but also through recruitment of histone methylation activity specific for lysine 9 of histone H3 (7Nielsen S.J. Schneider R. Bauer U.M. Bannister A.J. Morrison A. O'Carroll D. Firestein R. Cleary M. Jenuwein T. Herrera R.E. Kouzarides T. Nature. 2001; 412: 561-565Crossref PubMed Scopus (757) Google Scholar). These recent observations prompted us to ask whether histone methylation might represent another pathway by which MeCP2 silences transcription. To test this possibility we first asked if MeCP2 associates with histone methyltransferase activity. Fig. 1 A shows that MeCP2 fused to GST is able to purify from nuclear extracts, an activity that specifically methylates histone H3 from a mixture of bulk histones. Recombinant histone H3 can also be used as the substrate for the methyltransferase associated with GST MeCP2 (Fig. 1 B). Deletion analysis of MeCP2 indicates that the association of MeCP2 with histone H3 methyltransferase activity is primarily mediated by its N-terminal portion, which overlaps with its methyl-CpG-binding domain (Fig. 1 C). In addition, the more C-terminal region of MeCP2, 108–392, that contains the transcriptional repression domain also contributes to the binding of enzymatic activity (Fig. 1 C). To further verify the association of MeCP2 with a methyltransferase, we used a co-immunoprecipitation approach. We transfected mammalian cells with an HA-tagged, full-length MeCP2 (HA-MeCP2), lysed the cells, and carried out precipitation with anti-HA antibody. The resulting immunoprecipitate was assayed for the presence of methyltransferase activity on histones. Fig. 2 A (lane 1) indicates that HA-MeCP2 purifies activity specific for histone H3. When endogenous MeCP2 was immunoprecipitated from HeLa nuclear extracts with a MeCP2-specific antibody, the association with the histone H3 methyltransferase was also detected (Fig. 2 B, lane 1). Control immunoprecipitation with an irrelevant antibody (green fluorescence protein) gave background activity (Fig. 2 B,lane 2). Together, these results demonstrate that MeCP2 is associated with a histone methyltransferase in vivo and that this enzyme specifically methylates histone H3. We next wanted to identify the residue(s) of histone H3 that are modified by the MeCP2-interacting methyltransferase. Given that a tailless recombinant H3 did not act as a substrate (data not shown), histone H3 radioactively methylated by the MeCP2-interacting methyltransferase was put through Edman degradation to identify the methylation site in the H3 tail. Protein sequence analysis revealed that MeCP2 binds histone methyltransferase activity that is specific for lysine 9 of histone H3 (H3 Lys9; Fig. 3). The nature of the MeCP2-interacting histone Lys9 methyltransferase is currently unknown. So far five mammalian H3 Lys9 methyltransferases have been identified: SuvarH1 (14Lachner M. O'Carroll D. Rea S. Mechtler K. Jenuwein T. Nature. 2001; 410: 116-120Crossref PubMed Scopus (2226) Google Scholar), SuvarH2 (15O'Carroll D. Scherthan H. Peters A.H. Opravil S. Haynes A.R. Laible G. Rea S. Schmid M. Lebersorger A. Jerratsch M. Sattler L. Mattei M.G. Denny P. Brown S.D. Schweizer D. Jenuwein T. Mol. Cell. Biol. 2000; 20: 9423-9433Crossref PubMed Scopus (254) Google Scholar), G9a (16Tachibana M. Sugimoto K. Fukushima T. Shinkai Y. J. Biol. Chem. 2001; 276: 25309-25317Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (649) Google Scholar), ESET (17Yang L. Xia L., Wu, D.Y. Wang H. Chansky H.A. Schubach W.H. Hickstein D.D. Zhang Y. Oncogene. 2002; 21: 148-152Crossref PubMed Scopus (207) Google Scholar), and Eu-HMTase1 (18Ogawa H. Ishiguro K. Gaubatz S. Livingston D.M. Nakatani Y. Science. 2002; 296: 1132-1136Crossref PubMed Scopus (639) Google Scholar), and several others are predicted to exist (6Kouzarides T. Curr. Opin. Genet. Dev. 2002; 12: 198-209Crossref PubMed Scopus (757) Google Scholar). We next wanted to assess whether MeCP2 can facilitate H3 Lys9 methylation of a DNA-methylated gene that it regulates. We chose to investigate the H19 gene because it contains a characterized repressor domain in its upstream regulatory region, (the DMD), which is known to be DNA-methylated (19Tremblay K.D. Duran K.L. Bartolomei M.S. Mol. Cell. Biol. 1997; 17: 4322-4329Crossref PubMed Scopus (298) Google Scholar) and associated with MeCP2 (20Drewell R.A. Goddard C.J. Thomas J.O. Surani M.A. Nucleic Acids Res. 2002; 30: 1139-1144Crossref PubMed Scopus (77) Google Scholar). To establish whether MeCP2 represses transcription of H19in vivo, we monitored the expression of H19 in wild type and knock-out Mecp2 −/y cells (9Guy J. Hendrich B. Holmes M. Martin J.E. Bird A. Nat. Genet. 2001; 27: 322-326Crossref PubMed Scopus (1246) Google Scholar). RNA isolated from each cell type was reverse transcribed and amplified by polymerase chain reaction (RT-PCR). Fig. 4 Ashows that H19 messenger RNA levels are elevated in the MeCP2 knock-out cells compared with wild type cells. In contrast, the expression of an unrelated house-keeping gene, glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase, is unchanged (Fig. 4 A). Thus, H19 is a bona fide MeCP2-regulated gene that can be used to analyze MeCP2 functions. To establish if MeCP2 delivers H3 methylation to the H19 gene we next examined the wild type and knock-out Mecp2 −/y cells for differential histone methylation at the H19 DMD. An antibody that recognizes histone H3 when methylated at lysine 9 was used in ChIPs. The outcome of these experiments was not conclusive because the chromatin isolated from the Mecp2 −/y knock-out cells was qualitatively different from wild type controls. Indeed, purification followed by fragmentation (by sonication or nuclease digestion) of the chromatin from the MeCP2 null and wild type cells consistently resulted in different size fragments upon analysis on agarose gel electrophoresis. So direct quantification and comparison between the two chromatin sets was not possible. We therefore turned to an inducible Tet-Off cell line, where the levels of MeCP2 could be manipulated by the addition of tetracycline (Tc). In this Tet-Off cell line, the presence of tetracycline reduces MeCP2 expression down to endogenous levels (Fig. 4 B). Using this Tet-Off MeCP2 cell line, we performed ChIPs analysis on the H19 DMD using the MeCP2 antibody and the methyl lysine 9 H3-specific antibody. Fig. 4 C shows that in the absence of Tc, when MeCP2 expression is high, MeCP2 binds to nucleosomes associated with the DMD (Fig. 4 C, lane 1). This MeCP2 binding is specific because immunoprecipitations of the cross-linked chromatin with an irrelevant antibody or with the beads only gave background signal (Fig. 4 C, lanes 2 and 3). In contrast, when MeCP2 levels are low, in the presence of Tc, the binding of MeCP2 is reduced considerably (Fig 4 C, lane 4). These results indicate that the manipulation of MeCP2 levels in the Tet-Off cell line results in differential binding of MeCP2 to the H19 DMD. We then monitored the levels of Me-Lys9 H3 on the nucleosomes associated with the H19 DMD. As shown in Fig. 4 D(lane 1), it is clear that the DMD is methylated at Lys9 when MeCP2 levels are high. If MeCP2 was required for H3 Lys9 methylation on the H19 DMD, then down-regulation of MeCP2 cellular level should result in a reduced histone H3 methylation. Fig. 4 D shows that under conditions in which the MeCP2 level is low (i.e. in the presence of Tc), nucleosomes within the H19 DMD show a significant reduction in histone H3 Lys9methylation (Fig. 4 D, compare lane 4 withlane 1). These results indicate that the presence of MeCP2 on the H19 gene correlates with the appearance of histone H3 Lys9 methylation at the differentially DNA-methylated and repressive DMD region of the H19 gene. The present study provides evidence that the targeting of histone methylation to DNA methylated regulatory regions is part of the mechanism by which MeCP2 functions. To date, MeCP2 action is known to involve the delivery of histone deacetylase activity. However, this mechanism cannot account for the full repressive potential of MeCP2 because inhibitors of histone deacetylase activity only relieve repression partially (4Nan X., Ng, H.H. Johnson C.A. Laherty C.D. Turner B.M. Eisenman R.N. Bird A. Nature. 1998; 393: 386-389Crossref PubMed Scopus (2827) Google Scholar, 5Jones P.L. Veenstra G.J. Wade P.A. Vermaak D. Kass S.U. Landsberger N. Strouboulis J. Wolffe A.P. Nat. Genet. 1998; 19: 187-191Crossref PubMed Scopus (2274) Google Scholar). Thus the delivery of histone methylating activity by MeCP2 may represent a repressive event that follows the targeting of deacetylases. This order of events is suggested by the fact that deacetylation of histone H3 at lysine 9 is necessary for methylation to take place on this residue (21Rea S. Eisenhaber F. O'Carroll D. Strahl B.D. Sun Z.W. Schmid M. Opravil S. Mechtler K. Ponting C.P. Allis C.D. Jenuwein T. Nature. 2000; 406: 593-599Crossref PubMed Scopus (2243) Google Scholar). In this way, deacetylation of histone 3 at lysine 9 would be followed by methylation, which in turn may result in the recruitment of proteins such as HP1 (14Lachner M. O'Carroll D. Rea S. Mechtler K. Jenuwein T. Nature. 2001; 410: 116-120Crossref PubMed Scopus (2226) Google Scholar, 22Bannister A.J. Zegerman P. Partridge J.F. Miska E.A. Thomas J.O. Allshire R.C. Kouzarides T. Nature. 2001; 410: 120-124Crossref PubMed Scopus (2233) Google Scholar). The identity of the lysine methyltransferase associated with MeCP2 is unknown, but members of a family of lysine 9-methylating proteins can be considered candidates (6Kouzarides T. Curr. Opin. Genet. Dev. 2002; 12: 198-209Crossref PubMed Scopus (757) Google Scholar). The data presented here identify MeCP2 as a protein that can connect a repressive modification on DNA to a repressive modification on histones. Recent evidence from Neurospora crassa andArabidopsis thaliana indicate that the reverse is also possible: methylation of histone H3 at lysine 9 leads to methylation of DNA (23Tamaru H. Selker E.U. Nature. 2001; 414: 277-283Crossref PubMed Scopus (872) Google Scholar, 24Jackson J.P. Lindroth A.M. Cao X. Jacobsen S.E. Nature. 2002; 416: 556-560Crossref PubMed Scopus (1041) Google Scholar). If we assume that this latter mechanism is also operational in mammalian cells, our data suggest that MeCP2 may set up a self-reinforcing cycle of repression, which may be necessary for the maintenance and heritability of the repressed state. In other words, by promoting further rounds of DNA methylation following histone methylation, MeCP2 would maintain the methylation status at the DMD and thus distinguish the “permanent” repressive state of imprinted promoters from the “regulated” repressive state of other promoters. We thank R. Schneider and A. Bannister for technical guidance on ChIP experiments and H. Santos-Rosa for advice on histone methyltransferase assays. We also thank K. Nightingale for providing recombinant histone H3.

The methyltransferase METTL3 promotes the leukaemic state in acute myeloid leukaemia (AML) by catalysing the m6A RNA modification through its recruitment on the transcription start sites of AML-associated genes. N6-methyladenosine (m6A) is an RNA modification in coding and non-coding RNAs that is catalysed by the METTL3–METTL14 methyltransferase complex and affects various aspects of RNA metabolism such as splicing, translation and degradation. Here, Tony Kouzarides, George Vassiliou and colleagues perform a CRISPR–Cas9 lethality screen and identify METTL3 as a gene that is essential for the growth of acute myeloid leukaemia (AML) cells. METTL3 associates with chromatin and is recruited to the promoters of active genes that are required for AML. At these gene promoters, METTL3 catalyses m6A within the coding region of the associated mRNA transcripts and enhances their translation by relieving ribosome stalling. These results indicate that METTL3 has an oncogenic role in AML and is a potential therapeutic target. N6-methyladenosine (m6A) is an abundant internal RNA modification in both coding1 and non-coding RNAs2,3 that is catalysed by the METTL3–METTL14 methyltransferase complex4. However, the specific role of these enzymes in cancer is still largely unknown. Here we define a pathway that is specific for METTL3 and is implicated in the maintenance of a leukaemic state. We identify METTL3 as an essential gene for growth of acute myeloid leukaemia cells in two distinct genetic screens. Downregulation of METTL3 results in cell cycle arrest, differentiation of leukaemic cells and failure to establish leukaemia in immunodeficient mice. We show that METTL3, independently of METTL14, associates with chromatin and localizes to the transcriptional start sites of active genes. The vast majority of these genes have the CAATT-box binding protein CEBPZ present at the transcriptional start site5, and this is required for recruitment of METTL3 to chromatin. Promoter-bound METTL3 induces m6A modification within the coding region of the associated mRNA transcript, and enhances its translation by relieving ribosome stalling. We show that genes regulated by METTL3 in this way are necessary for acute myeloid leukaemia. Together, these data define METTL3 as a regulator of a chromatin-based pathway that is necessary for maintenance of the leukaemic state and identify this enzyme as a potential therapeutic target for acute myeloid leukaemia.