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Cell Res:中科院上海生科院朱健康课题组发现小干扰RNA前体介导DNA甲基化机制
文/admin      2015/12/16
  12月8日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Cell Research》杂志在线发表了中国科学院上海生命科学研究院植物逆境生物学研究中心朱健康课题组题为Dicer-independent RNA-directed DNA methylation in Arabidopsis 的研究论文。该研究首次揭示了小干扰RNA前体在介导DNA甲基化中的作用,推翻了24-nt小干扰RNA对于RNA介导的DNA甲基化是必需的传统认知,开辟了DNA甲基化的调控机理研究的新方向。朱健康课题组的杨东雷和张贵平为论文共同第一作者,朱健康研究员为论文通讯作者。
 
  小RNA介导的转录沉默和异染色质形成是在植物和动物中都保守的表观遗传学分子机制。由转录沉默位点产生的小干扰RNA为DNA或组蛋白甲基转移酶提供序列特异性,从而介导稳定的转录沉默。一般认为小干扰RNA的产生和放大是转录沉默的必要条件,当没有小RNA产生时,转录沉默也会受到影响。朱健康研究组通过研究拟南芥中RNA介导的DNA甲基化信号通路(RdDM),发现小干扰RNA前体,而非小干扰RNA本身,才可能是介导DNA甲基化的信号。
 
  以往的研究表明RdDM途径由Dicer like 3(DCL3)参与切割双链RNA所产生的24-nt siRNA来介导。虽然也有研究发现,负责切割产生24-nt siRNA的Dicer like 3 (DCL3) 的突变体中的甲基化下降比预期的明显低,但是人们推测是由DCL3的同源基因功能冗余造成的,对此现象的机理解析一直被忽视。
 
  研究人员通过对拟南芥中四个DCL基因的全部敲除,发现dcl1/2/3/4四突变中的24-nt siRNA几乎全部消失,但是出乎意料的是突变体的甲基化水平并没有太多下降,在很多位点上甚至达到了跟野生型对照相同的甲基化水平,这推翻了被广泛认可的观念即24-nt siRNA对于RdDM是必需的。进一步对四突变的全基因组的甲基化信息进行分析,他们发现在需要Pol IV和/或Pol V的RdDM靶向位点中,只有16%完全依赖于Dicer的活性。在其余的Pol IV和/或Pol V依赖性位点DNA甲基化部分或完全不依赖Dicer活性,表明24-nt siRNA可能仅仅是RNA聚合酶IV转录产物没有作用的副产品。
 
  通过对长度为18-100nt的小RNA测序,他们首次发现在Dicer突变植物中DNA甲基化水平与一类新的长度为25-50 nt的RNA表达水平正相关。这一类RNA的产生依赖于RNA聚合酶IV(因此被命名为P4 RNA),表明这可能就是长期寻找的RNA聚合酶IV的转录产物。结合已经发布的拟南芥组蛋白修饰的全基因组数据,发现在RdDM途径中,24-nt siRNA和他们的前体P4 RNA 哪个更重要可能取决于所在位点的周边染色质的环境,即完全依赖Dicer活性的位点主要位于富含活跃表观遗传标记(H3K4me2,H3K4me3,H3K9ac)即转录活跃的常染色质区,而部分或完全不依赖Dicer活性的位点主要位于富含抑制表观遗传标记(H3K9me2,H3K27me1)的转录不活跃的异染色质区域。
 
  该研究首次揭示了植物中的RdDM很大程度上是由从前未知的不依赖于Dicer的非编码RNA所引导,这类小干扰RNA的前体可能是RdDM所有位点起始甲基化的触发器,并且是大部分位点建立和维持DNA甲基化的必要条件。更重要的是,这一发现推翻了RdDM的分子机理解析中的传统认知,为植物DNA甲基化的机制研究和技术开发提供了新思路。

两个ID位点的甲基化水平和P4 RNA的积累
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