中科院上海逆境中心朱健康院士在植物DNA主動(dòng)去甲基化領(lǐng)域取得新進(jìn)展

DNA去甲基化對(duì)于調(diào)節(jié)生物體的基因組DNA甲基化狀態(tài)和防止轉(zhuǎn)錄后基因沉默等方面具有十分重要的作用。5-甲基胞嘧啶DNA糖基化酶/裂解酶ROS1(REPRESSOR OF SILENCING1)是生物體內(nèi)被發(fā)現(xiàn)的DNA去甲基化酶,能夠通過啟動(dòng)堿基切除修復(fù)途徑完成DNA主動(dòng)去甲基化 (Gong et al., 2002)。DNA去甲基化酶ROS1的調(diào)控機(jī)制及其如何被招募到基因組的特定區(qū)域進(jìn)行DNA的去甲基化反應(yīng)是表觀遺傳學(xué)領(lǐng)域的前沿問題。

JIPB近日在線發(fā)表了中科院上海逆境生物學(xué)研究中心朱健康課題組題為“A novel protein complex that regulates active DNA demethylation in Arabidopsis”的研究論文。該研究報(bào)道了擬南芥中含有DNA去甲基化酶ROS1的DNA去甲基化復(fù)合體（即RWD40復(fù)合體）的分離鑒定和功能分析，和RWD40復(fù)合體參與調(diào)控植物DNA主動(dòng)去甲基化的新機(jī)制（圖 1）。

圖1  植物DNA主動(dòng)去甲基化復(fù)合體RWD40的組成成員（A）及其調(diào)控DNA去甲基化機(jī)制的示意圖（B）

該研究結(jié)果表明，擬南芥去甲基化酶ROS1與含有WD40結(jié)構(gòu)域蛋白的RWD40相互作用，后者又與一種新的甲基化DNA結(jié)合蛋白R(shí)MB1以及含有鋅指（Zinc-Finger）和Homeodomain結(jié)構(gòu)域蛋白R(shí)HD1相互作用。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明ROS1與RWD40、RMB1和RHD1形成一個(gè)蛋白R(shí)WD40復(fù)合體。RWD40復(fù)合體能夠調(diào)節(jié)一些內(nèi)源位點(diǎn)的甲基化水平，并且能夠通過控制ROS1基因啟動(dòng)子的 “DNA甲基化感應(yīng)器”（MEMS）的DNA甲基化程度去調(diào)節(jié)ROS1基因的表達(dá)水平,進(jìn)而可能以此影響全基因組的DNA甲基化水平。含有甲基化DNA結(jié)合蛋白的IDM1和MBD7只能結(jié)合CG類型的甲基化DNA，而RMB1蛋白能夠結(jié)合CG, CHG和CHH類型的甲基化DNA。因而，RWD40復(fù)合體對(duì)于將DNA去甲基化酶ROS1招募到植物基因組的特定區(qū)域進(jìn)行主動(dòng)去甲基化是至關(guān)重要的，并且這種招募機(jī)制不同于已知的IDM復(fù)合體和組蛋白變體H2A.Z介導(dǎo)的DNA主動(dòng)去甲基化機(jī)制 (Qian et al., 2012; Lang et al., 2015; Duan et al., 2017; Nie et al., 2019)

該研究認(rèn)為，DNA去甲基化酶的招募依賴兩種類型的蛋白質(zhì)：甲基化DNA結(jié)合蛋白和轉(zhuǎn)錄因子。甲基化DNA結(jié)合蛋白能夠確保DNA主動(dòng)去甲基化反應(yīng)只針對(duì)甲基化基因組區(qū)域（只有甲基化區(qū)域需要去甲基化）；轉(zhuǎn)錄因子蛋白能夠確保DNA主動(dòng)去甲基化反應(yīng)只針對(duì)那些需要調(diào)節(jié)的DNA序列（以防止有害的沉默）和避免DNA主動(dòng)去甲基化發(fā)生在一些高度甲基化的轉(zhuǎn)座子和基因上（這些區(qū)域不需要去除DNA甲基化）。

該研究認(rèn)為，DNA去甲基化酶的招募依賴兩種類型的蛋白質(zhì)：甲基化DNA結(jié)合蛋白和轉(zhuǎn)錄因子。甲基化DNA結(jié)合蛋白能夠確保DNA主動(dòng)去甲基化反應(yīng)只針對(duì)甲基化基因組區(qū)域（只有甲基化區(qū)域需要去甲基化）；轉(zhuǎn)錄因子蛋白能夠確保DNA主動(dòng)去甲基化反應(yīng)只針對(duì)那些需要調(diào)節(jié)的DNA序列（以防止有害的沉默）和避免DNA主動(dòng)去甲基化發(fā)生在一些DNA甲基化需要很高的基因和轉(zhuǎn)座子的區(qū)域（這些區(qū)域不需要DNA去甲基化）。

中科院上海逆境生物學(xué)研究中心劉盼博士、朱健康院士、Rosa Lozano-Duran研究員和揚(yáng)州大學(xué)聶文鋒等主要參與了該項(xiàng)研究工作。該研究得到了中國科學(xué)院、國家自然科學(xué)基金和江蘇省自然科學(xué)基金等資助。