逆境中心科研人员揭示拟南芥DNA主动去甲基化调控的新机制

12月9日，Cell Research杂志在线发表了中国科学院上海植物逆境生物学研究中心朱健康研究组题为“A pair of transposon-derived proteins function in a histone acetyltransferase complex for active DNA demethylation”的研究论文。该研究利用模式植物拟南芥揭示了HDP1和HDP2作为组蛋白乙酰转移酶IDM抗沉默复合体的新组件，在DNA主动去甲基化过程中发挥着重要作用，是近年来表观遗传领域的一项重要进展。

DNA甲基化是植物和哺乳动物中最主要的表观遗传修饰之一，它广泛参与转录抑制、转座子沉默、细胞发育与分化调节、基因组印迹、X染色体失活、重编程等过程，对维持物种的基因组稳定性、调控基因表达具有重要作用。DNA的甲基化过程和与之拮抗的去甲基化过程共同决定了基因组甲基化总水平及其分布模式。在植物中，DNA主动去甲基化过程是通过ROS1家族介导的碱基切除修复机制来实现的。朱健康研究组以往的研究发现，组蛋白乙酰化酶IDM1能识别多个表观遗传学标记，并对相应位点的组蛋白进行乙酰化，从而改变该特定区域染色体的结构，使得ROS1对该区域的DNA进行去甲基化（Qian et al., Science，2012）。随后研究又揭示甲基化CpG结合蛋白MBD7通过将IDM2、IDM3、 IDM1三个蛋白招募到甲基化DNA，形成抗沉默蛋白复合体，促使DNA去甲基化酶发挥功能，抑制DNA高度甲基化并阻止转录水平的基因沉默（Lang et al., Molecular Cell，2015）。然而， MBD7单独不能决定IDM1的靶标特异性，因为该复合物并不能指导ROS1去甲基化酶对所有IDM1靶位点进行去甲基化。因此，在IDM复合物中可能存在其他蛋白组分，该蛋白组分与MBD7共同决定着IDM复合物的靶标特异性。

在这项研究中，研究人员发现一对Harbinger转座子衍生蛋白（HDP蛋白）-HDP1和HDP2是IDM复合体的新成员。其中HDP1由Harbinger转座酶进化而来，HDP2是Harbinger转座子来源的DNA结合蛋白。这两个基因的功能缺失突变，不仅增强了外源转基因以及内源转座基因的沉默，同时也使基因组DNA甲基化水平升高。研究表明，HDP1在细胞核中与HDP2相互作用，并且对于IDM1组蛋白乙酰转移酶活性是必需的。此外，HDP2和MBD7靶向的基因组位点大部分重叠。该研究表明，HDP1-HDP作为IDM组蛋白乙酰转移酶复合物的新组分与其他蛋白共同决定了该复合物的靶向特异性，从而在DNA主动去甲基化及防止表观遗传沉默途径中发挥重要作用。

该工作得到了中科院等项目的资助。（逆境中心）