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Molecular Cell:DNA去甲基化新機(jī)制

日期:2012-02-28 08:35:07

來自西班牙科爾多瓦大學(xué),普渡大學(xué),加州大學(xué)河畔分校,華中農(nóng)業(yè)大學(xué)等處的研究人員發(fā)表了題為“A DNA 3 Phosphatase Functions in Active DNA Demethylation in Arabidopsis”的文章,發(fā)現(xiàn)了一種DNA磷酸酶:ZDP在植物DNA去甲基化作用機(jī)制中的重要作用,這將有助于深入了解DNA去甲基化分子機(jī)制。相關(guān)成果公布在Molecular Cell雜志上。

 

文章的通訊作者是科爾多瓦大學(xué)Roldán-Arjona,以及加州大學(xué)朱健康教授,其中2010年當(dāng)選為美國國家科學(xué)院院士的朱健康教授的成才道路頗具傳奇色彩,這位新中國成立后第二位在中國內(nèi)地接受大學(xué)教育的美國科學(xué)院院士不僅成功的從農(nóng)村走了出來,而且還在植物逆境分子研究等領(lǐng)域里開辟了自己的一片天地。

DNA甲基化修飾是一種重要的表觀遺傳學(xué)標(biāo)志,能通過DNA甲基化和去甲基化實現(xiàn)表觀調(diào)控。這種調(diào)控方式存在于植物和動物中,雖然DNA甲基化轉(zhuǎn)甲基酶機(jī)制研究的比較清楚,但是DNA去甲基化的功能和機(jī)制仍然不是很明確。

 

2006年,朱健康教授研究組針對DNA去甲基化活性功能和機(jī)制關(guān)鍵蛋白ROS1研究證實了ROS1是一種對于擬南芥DNA去甲基化重要的5-甲基胞嘧啶DNA 糖基酶(glycosylase/lyase),他們提出在植物中,DNA去甲基化激活利用的是一種堿基切除修復(fù)途徑,DNA活性去甲基化是由5-甲基胞嘧啶DNA糖基化酶的ROS1亞家族通過堿基切除修復(fù)途徑所介導(dǎo)的。

 

之后這一研究組又發(fā)現(xiàn)一個RNA結(jié)合蛋白ROS3是擬南芥中DNA去甲基化所必須的,遺傳學(xué)數(shù)據(jù)證明ROS3ROS1處于同一遺傳途徑,體內(nèi)與體外RNA結(jié)合實驗都證明ROS3能夠結(jié)合小RNA,免疫共定位研究發(fā)現(xiàn)ROS3ROS1共定位于細(xì)胞核的不連續(xù)集中點。這些數(shù)據(jù)證明ROS3在防止DNA高度甲基化過程中起著重要作用并且表明ROS1DNA去甲基化過程可能是通過結(jié)合在ROS3的小RNA引導(dǎo)完成的。

 

在這些研究的基礎(chǔ)上,朱健康教授研究組又進(jìn)行了深入研究,發(fā)現(xiàn)了DNA磷酸酶ZDP的重要作用——阻止3磷酸鹽的封閉,幫助之后的DNA聚合和連接,從而完成修復(fù)反應(yīng)。研究人員認(rèn)為ZDPROS1能在體外相互作用,在體內(nèi)共同定位在核質(zhì)上,并且zdp突變植物的提取物也證明不能完成體外的DNA去甲基化,這些突變還會引發(fā)DNA超甲基化,和一個報告基因的轉(zhuǎn)錄沉默。

 

研究人員還利用全基因組甲基化分析發(fā)現(xiàn)zdp突變植物中存在上百個超甲基化內(nèi)源性基因位點,這些數(shù)據(jù)表明ZDP能作為ROS1激活DNA去甲基化途徑的一個分支中的下游效應(yīng)因子。這將有助于更深入的了解植物的去甲基化機(jī)制。

 

除此之外,今年年初朱健康教授還與清華大學(xué)顏寧教授和施一公教授合作報道了轉(zhuǎn)錄激活因子樣效應(yīng)蛋白(TALE)特異識別DNA的分子機(jī)理,這提供了TALE蛋白的改造基礎(chǔ),極大地拓寬了TALE蛋白在生物技術(shù)應(yīng)用上的前景。相關(guān)成果公布在Science雜志上。

 

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