Nature发表表观遗传学新成果揭示与生育有关的重要机制

2016-12-01 00:00 来源: 生物通
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高等生物的基因组DNA围绕着由四种组蛋白组成的八聚体,形成碟状的核小体结构。基因组DNA以这样的形式包装成为染色质,使DNA受到良好的保护。通过“读取”模块识别组蛋白修饰是表观遗传学调控的一个主要机制。

十一月十四日Nature Communications杂志发表的一项新研究揭示了小鼠生殖细胞生成中的一个重要机制。Johns Hopkins大学医学院、Rice大学和Wisconsin-Madison大学的研究人员向人们展示了酶KDM4B是如何“读取”和“擦除”组蛋白修饰的。

“在生殖过程中,细胞通过这个表观遗传学机制来关闭和保护基因组特定部分,”Johns Hopkins大学的副教授Sean Taverna博士说。“KDM4B及其组蛋白目标在小鼠睾丸非常普遍,而且这个组蛋白缺失会抑制单细胞生物的生殖,我们认为这种互作可能在人类不育或其它疾病中起作用。”

Taverna及其同事此前对拥有两个细胞核的单细胞生物(四膜虫)进行研究。四膜虫一个细胞核在活跃地制造蛋白质,另一个细胞核只在交配的时候激活。研究人员发现,活跃细胞核的组蛋白H3K23几乎没有甲基化标签,但处于减数分裂早期的交配细胞核带有三个甲基(H3K23me3)。而且H3K23me3所在的基因组区域在减数分裂过程中不被切割。

研究人员鉴定了三个赖氨酸去甲基化酶(KDM4s):KDM4A结合H3K23me3和两个其它组蛋白标签,KDM4C结合另一个组蛋白标签,但KDM4B只结合H3K23me3。他们解析了这些赖氨酸去甲基化酶的3D结构,明确了三种KDM4s的结合偏好。

研究人员还在哺乳动物中进行了研究。小鼠研究显示,经历早期减数分裂的未成熟精子会出现H3K23me3和KDM4B增多。KDM4B“读取”H3K23me3之后,还会擦掉旁边赖氨酸上的甲基(H3K36me3)。

母型-合子型转变(MZT)对于新个体形成是必不可少的。虽然早期胚胎发育研究已经取得了不少进展,但人们对MZT过程依然知之甚少。奥斯陆大学和加州大学的研究团队最近在Nature杂志上发表文章,揭示了组蛋白H3K4me3对小鼠卵母细胞MZT的调节作用。

大阪大学牵头的日本团队在人类细胞核中发现了一类新“暗物质”。这是一种新型组蛋白表观遗传学修饰,称为H4K20ac(组蛋白H4赖氨酸20乙酰化)。在此之前,人们只在植物细胞中看到过H4K20ac。

人们对创伤性事件的记忆往往是根深蒂固的。MIT的神经科学家向人们展示,用药物抑制HDAC2能改变记忆相关基因的组蛋白乙酰化,让大脑的记忆更具可塑性。他们在Cell杂志上发表文章指出,HDAC2抑制剂可以消除小鼠已建立的创伤性记忆。