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新功能!DNA甲基化酶对转座子激活起正调节作用吗?
发布日期:2022-08-12 22:41   来源:未知   阅读:

  ”,能够在基因组中移动。当转座子的移动不受控制时,它们往往会破坏基因的功能。正常情况下,大多数转座子会通过DNA甲基化和组蛋白修饰而沉默。在逆境胁迫下,环境压力可以释放转座子的转录抑制,而转座子的跳跃又会增加遗传多样性,成为生物演化的驱动力之一。一个典型例子是拟南芥中的转座子序列中的热激元件而激活转录,之后通过逆转录产生染色体外DNA并插入基因组。Onsen在日语中意为“温泉”,该转座子也因此得名

  为了研究DNA甲基化在ONSEN受高温激活过程中的机制,作者首先利用多个DNA甲基化酶的突变体来分析其中ONSEN的转录活性。在介导CHG(H=A,T,C)甲基化的甲基转移酶CMT3的突变体中,ONSEN的转录水平在热激后增加的倍数比野生型低,这与DNA甲基化抑制转座子的认识相反。分析发现,ONSEN的CHG甲基化程度非常低,而CHH甲基化程度较高。在cmt3突变体中敲除CMT2时,热激后ONSEN的转录比野生型更高,说明CMT2介导的CHH甲基化对ONSEN起抑制作用,而CMT3则起着新的正调节作用。

  由于CMT3和CMT2是同源蛋白,均能结合抑制性组蛋白修饰H3K9me2而甲基化DNA【2】,因此推测他们在ONSEN染色质上存在竞争。在cmt3突变体中,CMT2介导的CHH甲基化水平升高。染色质免疫共沉淀实验发现,在cmt3突变体中CMT2对ONSEN染色质的结合增加。此外,ONSEN染色质上的H3K9me2在热激情况下保持在更高水平,这可能是由于高CHH甲基化水平导致。这些结果表明,CMT3可能通过与CMT2竞争性结合H3K9me2,阻止CMT2介导的CHH甲基化和H3K9me2的积累来调节ONSEN的转录(图1)。

  图1:工作模型。在野生型中,ONSEN区域的 CMT3 抑制 CMT2 结合;cmt3突变体中 CMT3 功能的丧失增加了 CMT2 介导的 CHH 甲基化。 在热胁迫下,ONSEN转录被热激转录因子HSF激活,H3K9me2水平降低。cmt3突变体具有高CHH甲基化和H3K9me2,导致ONSEN的热激转录受到抑制。cmt2突变体具有低 CHH 甲基化和 H3K9me2,导致ONSEN的热激转录增加。

  上述现象与一般DNA甲基化沉默转座子的认识相反,表明ONSEN与一般的转座子不同。序列分析发现,ONSEN序列中的CHG丰度相较一般转座子降低,而CHH丰度变高。此外,基因组中还存在大量具有类似特征的转座子。该研究阐明了ONSEN通过减少CHG而逃逸CMT3的甲基化,并利用CMT3来抑制CMT2作用的机制,揭示了转座子与宿主长期斗争中的一个新现象,并为理解两者巧妙而智慧的生存策略提供了新的见解(图2)。

  日本北海道大学的研究生Kosuke Nozawa、美国威斯康星大学麦迪逊分校的博士后陈佳妮和蒋建军为共同第一作者,钟雪花和伊藤秀臣(Hidetaka Ito)为共同通讯作者,中国江苏省农业科学院的刘凤权研究员也参与了此研究。



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