著名学者朱健康院士 Cell Research 发表表观遗传学研究成果

来源:生物通 / 作者: / 2016-12-13
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转座子通常是通过表观遗传学机制(包括 DNA 甲基化)保持沉默的。12 月 9 日,在《Cell Research》杂志上发表的一项研究中,来自中科院上海生命科学研究院、美国普渡大学以及中科院遗传与发育生物学研究所的研究人员,在拟南芥中将一对 Harbinger 转座子衍生蛋白(HDPs)——HDP1 和 HDP2,确定为抗沉默因子。hdp1 和 hdp2 突变体表现出转基因和一些转座子的沉默增强。著名学者朱健康院士是本文通讯作者。

转座因子(TEs)是移动的、重复的遗传因子,在真核生物基因组中占很大一部分。转座子由于对宿主基因组的有害影响,通常被视为“自私”DNA 或“寄生”因子。然而,新的证据表明,TEs 在基因功能的演变和调控中起着关键的作用。此外,越来越多的宿主基因,是从已被发现的转座子衍生或“驯化”而来。在宿主基因组中,这些基因的确定及其功能的阐明,对于理解转座子如何有助于寄主适应性,是非常有意义的。

在植物中,TEs 通常是通过表观遗传学沉默机制调节的,包括 DNA 甲基化和组蛋白修饰。DNA 甲基化在多个过程中起着重要的作用,包括基因组的稳定性、细胞对环境刺激的反应和器官的发育。DNA 甲基化水平和模式是动态的,并由两个可逆反应确定:DNA 甲基化和去甲基化。DNA 甲基化可以通过被动或主动的途径、或两者的组合而发生。与被动的 DNA 去甲基化比较,特定的酶促反应对于活性 DNA 去甲基化是必需的。在拟南芥中,主动的 DNA 去甲基化是由一系列双功能的 DNA 糖基化酶 / 酶执行的,包括 ROS1、DME、二甲醚 2(DML2)和 DML3。ROS1 的功能缺失突变可引起 DNA 的超甲基化,并增强转基因和内源基因以及 TEs 的转录后基因沉默(TGS)。

然而,在植物和动物中,主动的去甲基化机制如何被招募到特定的基因组位点,我们还了解甚少。增加的 DNA 甲基化 1(IDM1)——组蛋白乙酰转移酶,是一小部分 ROS1 介导的 DNA 去甲基化所必需的。最近,IDM1 被证明与 IDM2、IDM3 和一个甲基 DNA 结合蛋白 MBD7 组成一个复合物。在这个 IDM 复合物中任何组件的突变,都会导致增强的转基因沉默和特定基因组区域(包括 TEs)的 DNA 超甲基化。MBD7 可识别密集的甲基化 CpG 区域,并有助于 IDM1 到特定基因组位点的招募。然而,MBD7 单独不能决定 IDM1 的靶标特异性,因为该复合物与具有很高 DNA 甲基化的所有基因组区域无关。因此,在 IDM 复合物中可能有其他组件,决定着该复合物的靶标特异性。

Harbinger 转座子是 DNA 转座子,通常编码一个 DDE 转座酶和含有 SANT/Myb/trihelix 结构域的 DNA 结合蛋白。Harbinger 转座子驯化已在哺乳动物、果蝇和拟南芥有过报道,从而指出了它们的进化意义。然而,它们的生物学功能目前还不清楚。

在这项研究中,研究人员使用正向遗传筛选,在拟南芥中确定了一对 Harbinger 转座子衍生的反沉默因子 HDP2 和 HDP1。这两个基因的功能缺失突变,不仅能引发转基因和一些内源性 TEs 的沉默增强,而且也增加了 DNA 甲基化。类似于它们的 Harbinger 转座子相对物,HDP1 在细胞核中与 HDP2 相互作用。该研究小组提供的证据表明,HDP2 和 HDP1 是以前确定的 IDM 组蛋白乙酰转移酶复合物的新组件,该复合物还包括 IDM1、IDM2、IDM3 和 MBD7。

这些研究结果表明,HDP1 和 HDP2 是检测位点上 IDM1 组蛋白乙酰转移酶活性所必需的。此外,HDP2 和 MBD7 共有大量的染色质关联的常见基因组区域。因此,这些数据表明, HDP1 和 HDP2 构成来自 Harbinger 转座子的一个功能模块,已被招募以在宿主组蛋白乙酰转移酶复合物中发挥功能。HDP1 和 HDP2 模块对于确定组蛋白乙酰转移酶复合物的靶向特异性以促进 DNA 去甲基化并防止重要的表观遗传沉默,是非常重要的。

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是挺好的!

文章不错。挺新颖的。

那也是没办法的事 事情已经发生

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