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科研进展

何新建实验室发现植物在异染色质区抑制转录沉默的新机制

发布时间:2016/06/08
 

         201668日,我所何新建实验室在《Nature Communications》杂志在线发表题为“The Arabidopsis acetylated histone-binding protein BRAT1 forms a complex with BRP1 and prevents transcriptional silencing”的文章。该文章报道了一个新的乙酰化组蛋白的结合蛋白,并揭示了其参与抑制异染色质区转录沉默的机制。

         真核生物的染色体区域可以分为异染色质区和常染色质区。蛋白编码基因主要存在于常染色质区域,通常处于转录激活状态;而转座子和其它重复DNA序列主要存在于异染色质区域,通常处于转录抑制状态。然而,异染色质区往往也存在少量蛋白编码基因,这些蛋白编码基因需要克服异染色质区的转录抑制状态,实现基因的正常表达;同时,异染色质区的转座子和其它DNA 重复序列本身的转录在生物体基因组进化和环境适应过程中也发挥了重要作用。目前对与异染色质区DNA甲基化和转录沉默的机制已经有了比较深入的了解,但是对DNA甲基化和转录沉默的抑制机制知之甚少。

         何新建实验室通过遗传筛选发现了一个包含bromodomainATPase结构域的转录沉默的抑制因子,命名为BRAT1Bromodomain and ATPase domain-containing protein 1)。通过免疫亲和纯化结合质谱鉴定,并运用蛋白免疫共沉淀验证,发现BRAT1能够结合一个包含ATPase结构域的蛋白,命名为BRP1BRAT1 Partner 1),BRP1也对转录沉默具有抑制作用。进一步研究发现,BRAT1BRP1形成的蛋白复合体能够抑制异染色质区DNA甲基化和转录沉默水平。以往的研究表明,ROS1Repressor of silencing 1)负责通过碱基切除修复的方式介导DNA去甲基化并进而抑制转录沉默。本研究通过全基因组DNA甲基化分析和RNA分析发现, BRAT1只影响少部分ROS1靶位点的DNA甲基化水平,而且BRAT1对转录沉默的抑制作用在很大程度上不依赖其对DNA甲基化的作用。BRAT1bromodomain负责结合乙酰化的组蛋白,是BRAT1行使功能所必需的。同时,BRAT1特异影响具有DNA甲基化的异染色质区的的转录沉默,而不影响多数常染色质区蛋白编码基因的转录沉默。研究表明,在具有DNA甲基化的异染色质区域中,BRAT1通过识别乙酰化的组蛋白介导转录沉默的抑制,揭示了异染色质区域中组蛋白乙酰化与转录之间关联的机制。由于BRAT1及其同源蛋白在真核生物中的保守性,BRAT1抑制转录沉默的机制可能代表了真核生物中的一种保守机制。

         何新建实验室的张翠军博士和候晓梅博士是本文的共同第一作者。其他作者包括何新建实验室的谭连美、邵长荣、李永强、我所核酸测序中心的蔡涛博士和黄焕伟以及蛋白组中心的陈涉博士和李琳。何新建博士是通讯作者。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。