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上海生科院揭示擬南芥DNA主動去甲基化調控新機制

來源:上海生命科學研究院 作者: 2016-12-19

摘要: 12月9日,《細胞研究》(Cell Research)雜志在線發表了中國科學院上海生命科學研究院上海植物逆境生物學研究中心朱健康研究組題為A pair of transposon-derived proteins function in a histone acetyltransferase complex for active DNA demethylation 的研究論文。該研究利用模式植物擬南芥揭示了HDP1和HDP2作為組蛋......


12月9日,《細胞研究》(Cell Research)雜志在線發表了中國科學院上海生命科學研究院上海植物逆境生物學研究中心朱健康研究組題為A pair of transposon-derived proteins function in a histone acetyltransferase complex for active DNA demethylation 的研究論文。該研究利用模式植物擬南芥揭示了HDP1和HDP2作為組蛋白乙酰轉移酶IDM抗沉默復合體的新組件,在DNA主動去甲基化過程中發揮著重要作用,是近年來表觀遺傳領域的一項重要進展。

DNA甲基化是植物和哺乳動物中最主要的表觀遺傳修飾之一,它廣泛參與轉錄抑制、轉座子沉默、細胞發育與分化調節、基因組印跡、X染色體失活、重編程等過程,對維持物種的基因組穩定性、調控基因表達具有重要作用。DNA的甲基化過程和與之拮抗的去甲基化過程共同決定了基因組甲基化總水平及其分布模式。在植物中,DNA主動去甲基化過程是通過ROS1家族介導的堿基切除修復機制來實現的。朱健康研究組以往的研究發現,組蛋白乙酰化酶IDM1能識別多個表觀遺傳學標記,并對相應位點的組蛋白進行乙酰化,從而改變該特定區域染色體的結構,使得ROS1對該區域的DNA進行去甲基化(Qian et al., Science,2012)。隨后研究又揭示甲基化CpG結合蛋白MBD7通過將IDM2、IDM3、 IDM1三個蛋白招募到甲基化DNA,形成抗沉默蛋白復合體,促使DNA去甲基化酶發揮功能,抑制DNA高度甲基化并阻止轉錄水平的基因沉默(Lang et al., Molecular Cell,2015)。然而,MBD7單獨不能決定IDM1的靶標特異性,因為該復合物并不能指導ROS1去甲基化酶對所有IDM1靶位點進行去甲基化。因此,在IDM復合物中可能存在其他蛋白組分,該蛋白組分與MBD7共同決定著IDM復合物的靶標特異性。

在這項研究中,研究人員發現一對Harbinger轉座子衍生蛋白(HDP蛋白)-HDP1和HDP2是IDM復合體的新成員。其中HDP1由Harbinger轉座酶進化而來,HDP2是Harbinger轉座子來源的DNA結合蛋白。這兩個基因的功能缺失突變,不僅增強了外源轉基因以及內源轉座基因的沉默,同時也使基因組DNA甲基化水平升高。研究表明,HDP1在細胞核中與HDP2相互作用,并且對于IDM1組蛋白乙酰轉移酶活性是必需的。此外,HDP2和MBD7靶向的基因組位點大部分重疊。該研究表明,HDP1-HDP作為IDM組蛋白乙酰轉移酶復合物的新組分與其他蛋白共同決定了該復合物的靶向特異性,從而在DNA主動去甲基化及防止表觀遺傳沉默途徑中發揮重要作用。

該工作得到了中科院等項目的資助。

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