Cell：染色質重塑是DNA甲基化的表觀遺傳基礎

來源：作者：人氣：-發表時間：2023-08-30 16:25:00【大中小】

摘要：CSHL植物遺傳學家Rob Martienssen與結構生物學家Leemor john - tor合作，確定了控制植物表觀遺傳的確切機制。

當生物體將其基因傳遞給后代時，它們包含的不僅僅是DNA中闡明的代碼。有些還會傳遞化學標記，指導細胞如何使用該密碼。這些標記傳遞給后代被稱為表觀遺傳。這在植物中尤其常見。因此，這里的重大發現可能會對農業、食品供應和環境產生影響。

冷泉港實驗室(CSHL)教授和HHMI調查員Rob Martienssen和Leemor Joshua-Tor一直在研究植物如何傳遞使轉座子不活躍的標記。轉座子也被稱為跳躍基因。當它們被激活時，它們可以四處移動并破壞其他基因。為了使它們沉默并保護基因組，細胞在特定的DNA位點上添加了調節標記。這個過程被稱為甲基化。

Martienssen和Joshua-Tor現在已經展示了蛋白質DDM1如何為在新DNA鏈上放置這些標記的酶讓路。植物細胞需要DDM1，因為它們的DNA被緊密包裝。為了保持基因組緊密有序，細胞將DNA包裹在一種叫做組蛋白的蛋白質上。“但這阻礙了各種重要酶接近DNA，”Martienssen解釋說。在甲基化發生之前，“你必須移除或滑動組蛋白。”

Martienssen和前CSHL同事Eric Richards在30年前首次發現了DDM1。從那時起，研究人員已經了解到它沿著包裝蛋白滑動DNA以暴露需要甲基化的位點。Martienssen將這種運動比作沿著繩子滑行的溜溜球。他解釋說，組蛋白“可以在DNA上上下移動，一次暴露部分DNA，但永遠不會脫落。”

通過遺傳和生化實驗，Martienssen精確地確定了DDM1取代的組蛋白。Joshua-Tor使用低溫電子顯微鏡捕捉了這種酶與DNA和相關包裝蛋白相互作用的詳細圖像。他們能夠看到DDM1如何抓住特定的組蛋白來重塑包裝的DNA。Joshua-Tor說:“將DDM1聯系在一起的一個意想不到的紐帶，與多年前發現的第一個突變相對應。”

實驗還揭示了DDM1對某些組蛋白的親和力如何在幾代之間保持表觀遺傳控制。研究小組發現，只有在花粉中發現的一種組蛋白對DDM1具有抗性，并在細胞分裂過程中充當占位符。Martienssen說:“它會記住植物發育過程中組蛋白的位置，并將這種記憶保留到下一代。”

這里可能不只有植物。人類也依賴DDM1樣蛋白來維持DNA甲基化。這項新發現可能有助于解釋這些蛋白質如何保持我們基因組的功能和完整性。