逆境中心科研人员发现植物去甲基化调控的新机制

2月12日，国际权威学术期刊Molecular Cell在线发表了中科院上海植物逆境生物学研究中心朱健康课题组的研究论文”The Methyl-CpG-Binding Protein MBD7 Facilitates Active DNA Demethylation to Limit DNA Hyper-Methylation and Transcriptional Gene Silencing”。该研究揭示了甲基化CpG结合蛋白MBD7通过促进DNA主动去甲基化，限制了DNA高度甲基化以及转录水平的基因沉默，MBD7和IDM2、IDM3以及IDM1形成抗沉默蛋白复合体，在DNA的主动去甲基化过程中有着重要的作用，是近年来表观遗传领域的一项重大突破。

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。作为基因组自然发生的共价修饰之一，DNA甲基化是植物和哺乳动物正常生长发育所必需的，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。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的标志，并对相应位点的组蛋白进行乙酰化，从而改变这个特定的区域的染色体的结构，使得ROS1对这个区域的DNA进行去甲基化（Qian et al., Science，2012）。

在这篇文章中，研究人员发现拟南芥MBD7和IDM3是阻止基因表达抑制和DNA高度甲基化的抗沉默因子。MBD7结合到CpG高度甲基化的区域，并与其他的抗沉默因子包括组蛋白乙酰转移酶IDM1以及α晶状体结构域蛋白IDM2和IDM3形成抗沉默复合体。以往的研究证实，IDM1和IDM2可通过5-甲基胞嘧啶DNA糖基化酶/裂解酶ROS1来促进DNA主动去甲基化（Qian et al., Mol. Cell，2014）。因此，MBD7通过将三个IDM蛋白招募到甲基化DNA上形成复合体，促使DNA去甲基化酶发挥功能，转而限制了DNA高度甲基化并阻止了转录水平的基因沉默。这项研究发现了第一个抗沉默蛋白复合体，进一步解析了植物去甲基化的调控机制。

该系列工作得到中科院等项目的资助。（逆境中心）

Figure 1. A Working Model of the Functions for MBD7 and IDM complex in Anti-Silencing