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DNA甲基化通路研究獲進展

日期:2012-05-22 12:15:10

2012517日,清華大學(xué)生命科學(xué)聯(lián)合中心戚益軍研究組在《Molecular Cell》在線發(fā)表題為“Cytoplasmic Assembly and Selective Nuclear Import of Arabidopsis ARGONAUTE4/siRNA Complexes”的論文。該論文報道了擬南芥RNA介導(dǎo)DNA甲基化(RdDM)通路中,ARGONAUTE4/siRNA復(fù)合體在細胞質(zhì)內(nèi)組裝和選擇性進入細胞核的分子機制。

 

DNA甲基化作為一種高等生物中保守的表觀遺傳修飾,在維持基因組穩(wěn)定性,調(diào)控基因表達和介導(dǎo)轉(zhuǎn)基因沉默等生物過程中起著非常重要的作用。RNA介導(dǎo)的DNA甲基化(RdDM)是植物從頭建立DNA甲基化的重要途徑。在該通路中, siRNA從轉(zhuǎn)座子等重復(fù)DNA序列區(qū)域產(chǎn)生(這些siRNA被稱為heterochromatic siRNA, hc-siRNA),并與ARGONAUTE4AGO4)蛋白結(jié)合形成效應(yīng)復(fù)合體。AGO4/siRNA復(fù)合體可進一步招募DNA甲基轉(zhuǎn)移酶DRM2等組分,特異性地識別同源DNA序列并介導(dǎo)甲基化修飾。由于hc-siRNA的產(chǎn)生和最終功能行使都在細胞核中進行,之前人們普遍認為RdDM通路是一個完全發(fā)生在細胞核中的過程。戚益軍實驗室在對擬南芥細胞質(zhì)和細胞核中的小RNA組分進行系統(tǒng)分析的過程中,出人意料地發(fā)現(xiàn):hc-siRNA主要存在于細胞質(zhì)中,并且大部分以游離的雙鏈形式存在;而在細胞核中則主要以與AGO4結(jié)合的單鏈形式存在。進一步的細胞和生化實驗證明:在細胞質(zhì)內(nèi),AGO4HSP90蛋白的幫助下結(jié)合雙鏈siRNA,然后通過其核酸內(nèi)切酶活性切割并降解其中一條鏈,形成成熟的結(jié)合單鏈siRNAAGO4效應(yīng)復(fù)合體。siRNA的結(jié)合很可能導(dǎo)致AGO4構(gòu)象發(fā)生變化,暴露出其核定位信號,細胞因此可以選擇性的識別并轉(zhuǎn)運成熟的AGO4/siRNA復(fù)合體至細胞核內(nèi)。該研究揭示了RdDM通路中AGO4/siRNA效應(yīng)復(fù)合體在細胞質(zhì)內(nèi)組裝的重要步驟,推翻了以前人們認為RdDM通路完全在細胞核內(nèi)進行的成見。該研究還表明,細胞選擇性地轉(zhuǎn)運成熟的AGO4/siRNA復(fù)合體進入細胞核,很可能是RdDM通路進入效應(yīng)階段之前的一個關(guān)鍵調(diào)控點。

 

與浙江大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)的博士生葉瑞強和博士后王偉為該論文的共同第一作者,論文的其他作者還有博士生劉暢和技術(shù)員吳揚,日本國立農(nóng)業(yè)生物科學(xué)研究所的Taichiro IkiMasayuki Ishikawa博士,以及浙江大學(xué)的周雪平博士。戚益軍博士為該論文的通訊作者,該項研究由科技部973項目資助。

 

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