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何新建实验室发现参与植物异染色质沉默的多亚基蛋白复合体

发布时间:2018/08/16

2018813日,我所何新建实验室在《EMBO Journal》杂志在线发表了题为“The PEAT protein complexes are required for histone deacetylation and heterochromatin silencing”的研究论文。该研究通过遗传筛选在模式植物拟南芥中发现了参与异染色质沉默的一类多亚基蛋白复合体,这类复合体调控异染色质区组蛋白去乙酰化及异染色质聚集,并通过抑制小RNA的产生调控异染色质区的RNA介导DNA甲基化。

真核生物的异染色质区DNA高度聚集,通常处于转录沉默状态,DNA甲基化以及组蛋白去乙酰化对维持异染色质区的转录沉默状态具有重要作用。同时,植物中在异染色质区产生大量24-nt 的小RNA,这些小RNA能够通过RNA介导DNA甲基化途径(RdDM)参与DNA甲基化的建立与维持。然而,对于DNA甲基化、组蛋白去乙酰化以及小RNA的产生之间是如何相互协调,共同调控异染色质沉默的分子的机制,目前还很不清楚。

何新建实验室通过遗传筛选发现了一个参与异染色质沉默的新调控因子,该因子与真核生物中NuA4组蛋白乙酰化酶复合体的保守亚基EPC1类似,命名为EPCR1EPCR2EPC1-related protein 1 and 2)。拟南芥中的两个EPC1的直系同源蛋白EPL1aEPL1B作为NuA4复合体的亚基发挥作用,而EPCR1EPCR2不是NuA4复合体的亚基。通过植物蛋白亲和纯化结合质谱分析,发现在植物体内EPCR1EPCR2 EPCR1/2)能够与其它三类蛋白PWWP1/2/3, ARID2/3/4TRB1/2相互作用,形成一类多亚基组成的新型蛋白复合体PEATPWWPs-EPCRs-ARIDs-TRBs)。体外蛋白结合实验表明,在这类复合体中,PWWPs能够与其它三类蛋白直接相互作用,而其它三类蛋白之间不能直接相互作用,这表明,PWWPs是在PEAT复合体中处于核心位置的蛋白(图1)。


1 EPCR1/2ARID2/3/4PWWP1/2/3TRB1/2相互作用形成一类多亚基蛋白复合体。(A)基于酵母双杂交分析的蛋白相互作用示意图。(B)基于多种分析方法的PEAT蛋白复合体各亚基之间相互作用总结。实线和虚线分别代表直接和间接相互作用。


PEAT的突变体中,异染色质区转座子和其它DNA重复序列的转录水平过量表达,同时,小RNA的累积水平显著升高。细胞核免疫荧光信号分析表明,PEAT突变体中的异染色质的聚集程度受到显著影响。进一步研究表明,PEAT复合体的重要组分能够与组蛋白去乙酰化酶HDA6相互作用,并且参与异染色质区组蛋白去乙酰化。同时,该复合体能够抑制异染色质区小RNA的过量累积并由此通过RdDM途径影响DNA甲基化(图2)。

2 PEAT蛋白复合体参与染色质调控分子机制示意图


该研究阐明了PEAT复合体参与异染色质区转录沉默的方式,揭示了异染色质区DNA甲基化、组蛋白去乙酰化及小RNA产生之间相互作用的分子机制。鉴于PEAT复合体的组分也能够结合组蛋白乙酰化酶HAM1HAM2,并且该复合体的突变体具有严重的生长发育阻滞的表型,进一步对该复合体进行研究,将有望揭示其在常染色质区域影响基因表达及植物生长发育的机制。

我所何新建实验室的博士研究生谭连美及博后张翠军是该论文的共同第一作者,何新建博士是通讯作者。我所的蛋白组中心也参与了该研究。该研究得到了科技部和北京市政府的资助,在北京生命科学研究所完成。