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Nat Genet:中科院遗传所曹晓风研究组揭示植物组蛋白去甲基化酶招募新机制

摘要 : 2016年4月25日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Nature Genetics》在线发表了中国科学院遗传与发育生物学研究所曹晓风研究组发表的植物组蛋白去甲基化研究成果。

 2016年4月25日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Nature Genetics》在线发表了中国科学院遗传与发育生物学研究所曹晓风研究组发表的植物组蛋白去甲基化研究成果,曹晓风实验室的崔霞副研究员(现中国农业科学院蔬菜花卉所研究员),陆发隆和邱琦博士研究生以及周兵博士后为本文的共同第一作者,曹晓风研究员为论文通讯作者。

2011年《Nature Genetics》杂志上发表的一篇论文指出核小体作为真核生物的染色质的基本单位,由DNA缠绕组蛋白八聚体构成。组蛋白N端存在多种共价修饰,这些翻译后修饰通过影响染色质的状态而调控基因表达等过程。组蛋白H3第27位赖氨酸的三甲基化修饰(H3K27me3)通过维持基因的沉默状态,在动植物细胞命运决定以及发育中起着重要的调控作用。实验室前期研究发现REF6/JMJ12可以特异性的去除H3K27me3/me2甲基化修饰,调控了拟南芥基因组中超过600个基因的H3K27me3水平。然而,REF6如何特异性招募到这些靶基因上的分子机制还不清楚。

本次研究发现,REF6蛋白C端的串联锌指结构域是其功能所必须的。缺失串联锌指结构域的REF6蛋白虽然仍具有H3K27me3去甲基化的酶活性,但是不能找到其靶基因位点。进一步研究发现REF6可以通过自身的串联锌指结构域识别特异DNA基序(CTCTGYTY)实现其对靶基因的选择性,进而实现位点特异性的H3K27me3去甲基化。通过对基因组内CTCTGYTY基序的生物信息学分析,研究者发现REF6更倾向于结合在CTCTGYTY基序密集而且染色质处于活跃状态的区域(图1)。同时研究者发现在ref6突变体中有一定比例的子叶融合表型。前人研究发现拟南芥CUC1,CUC2和CUC3三个同源的转录因子参与了子叶边界分离过程。染色质免疫共沉淀实验表明,REF6可以结合CUC1和CUC3基因位点并去除H3K27me3甲基化,但不影响CUC2。与之前的发现一致的是CUC1和CUC3基因位点含有多个CTCTGYTY基序,而CUC2基因位置不含有此基序。ref6与CUC基因的双突变以及三突变的遗传分析进一步证实REF6通过CUC1和CUC3基因而不是CUC2基因调节器官边界形成。REF6同源蛋白广泛存在于植物不同类群(从苔藓植物到被子植物),对这些蛋白锌指结构域的序列识别特异性进行进一步研究将有助于我们理解植物中组蛋白去甲基化酶有何特异调控靶基因。

图示:REF6通过ZnF结构域识别CTCTGYTY序列。

原文链接:

REF6 recognizes a specific DNA sequence to demethylate H3K27me3 and regulate organ boundary formation in Arabidopsis

原文摘要:

RELATIVE OF EARLY FLOWERING 6 (REF6, also known as JMJ12) counteracts Polycomb-mediated gene silencing by removing methyl groups from trimethylated histone H3 lysine 27 (H3K27me3) in hundreds of genes in Arabidopsis thaliana1. Here we show that REF6 function and genome-wide targeting require its four Cys2His2 zinc fingers, which directly recognize a CTCTGYTY motif. Motifs bound by REF6 tend to cluster and reside in loci with active chromatin states. Furthermore, REF6 targets CUP-SHAPED COTYLEDON 1 (CUC1), which harbors CTCTGYTY motifs, to modulate H3K27me3 levels and activate CUC1 expression. Loss of REF6 causes CUC1 repression and defects in cotyledon separation. In contrast, REF6 does not bindCUC2, encoding a close homolog of CUC1, which lacks the CTCTGYTY motif. Collectively, these results identify a new targeting mechanism of an H3K27 demethylase to counteract Polycomb-mediated gene silencing that regulates plant development, including organ boundary formation.

来源: Nature Genetics 浏览次数:0

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