PLoS Genet:何新建等模式植物拟南芥研究获进展

2014-1-26 11:05 来源: NIBS
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  2014年1月22日,北京生命科学研究所何新建实验室在《PLOS Genetics》杂志在线发表题为“The SET domain proteins SUVH2 and SUVH9 are required for Pol V occupancy at RNA-directed DNA methylation loci”的论文,该论文报道了模式植物拟南芥中的两个组蛋白甲基化酶的同源蛋白SUVH2和SUVH9参与招募RNA聚合酶V并调控RNA介导DNA甲基化的机制。

  植物中RNA介导DNA甲基化引起的转录沉默参与维持转座元件和DNA重复序列的稳定。在RNA介导DNA甲基化过程中,植物特异存在的依赖DNA 的RNA聚合酶IV和V产生的非编码RNA具有关键作用,可以通过顺式作用介导DNA甲基化。因此,研究这两个聚合酶在染色质上的定位机制,有助于理解 RNA介导DNA甲基化作用的位置特异性。何新建实验室以前的研究已经证明RNA聚合酶IV在基因组上的定位依赖DTF1/SHH1 (Liu et al., Cell Research, 2011; Zhang et al., PNAS, 2013)。DTF1通过识别染色质上的组蛋白H3K9的甲基化修饰将RNA聚合酶IV招募到特定的染色质位置。但是,对RNA聚合酶V在染色质上的定位机制并不清楚。以前的研究表明,拟南芥中H3K9甲基化酶的同源蛋白SUVH2和SUVH9具有结合甲基化DNA的SRA结构域和催化组蛋白H3K9甲基化的SET结构域,参与了RNA介导DNA甲基化途径,但是它们参与的机制并不清楚。

  何新建实验室的研究表明,SUVH2和SUVH9能够与RNA介导DNA甲基化途径中的蛋白复合体DDR相互作用。DDR是RNA介导DNA甲基化途径中的下游组分。该研究发现,SUVH2和SUVH9的双突变体与DDR复合体的突变体对RNA介导DNA甲基化途径中小RNA的累积以及DNA甲基化水平都具有相似的影响,SUVH2和SUVH9与DDR复合体的功能是相关联的。进一步研究发现,SUVH2和SUVH9能够介导DDR复合体中的组分 DMS3与特定的染色质位置结合,进而把RNA聚合酶V招募到该染色质位置,使RNA聚合酶V在该染色质位置转录产生非编码RNA。在以前的研究中,体外实验表明SUVH2不具有催化组蛋白甲基化的活性。何新建实验室的研究发现,在SUVH2中负责组蛋白H3K9甲基化的SET结构域中,有多个重要的参与催化的氨基酸位点发生了改变,并且,将SUVH2的SET结构域中保守的位点进行突变不会影响它在RNA介导DNA甲基化途径中的功能。这些研究表明,SUVH2和SUVH9不具有组蛋白甲基化酶活性,而是通过结合甲基化DNA和DDR蛋白复合体,作为交联蛋白将RNA聚合酶V招募到RNA介导 DNA甲基化的靶标位点,使该位置产生非编码RNA。该研究揭示了RNA介导DNA甲基化途径中DNA甲基化与非编码RNA的产生之间相互关联的机制。

  北京生命科学研究所何新建实验室的博士生刘章伟是论文的第一作者。其他参与该研究的人员还包括何新建实验室的邵常荣、张翠军博士、周进兴、张素维,北京生命科学研究所蛋白质组中心的陈涉博士和李玲以及核酸测序中心的蔡涛博士和黄焕伟。何新建博士是该论文的通讯作者。该研究在北京生命科学研究所完成,得到科技部和北京市政府的资助。