NIBS何新建研究组最新文章解析RNA介导DNA甲基化

北京生命科学研究所何新建实验室报道了拟南芥中mRNA前体的剪接因子STA1参与RNA介导DNA甲基化（RdDM），并阐明了其作用机制。

　　

2013年7月22日，北京生命科学研究所何新建实验室在《Nucleic Acids Research》杂志在线发表题为“The PRP6-like splicing factor STA1 is involved inRNA-directed DNA methylation by facilitating theproduction of Pol V-dependent scaffold RNAs”的论文。该论文报道了拟南芥中mRNA前体的剪接因子STA1参与RNA介导DNA甲基化（RdDM），并阐明了其作用机制。

DNA甲基化是植物和很多其它真核生物中一种保守的表观遗传修饰方式。以往的研究表明植物DNA 甲基化的建立可以通过RdDM途径。何新建实验最近的研究表明，mRNA前体的剪接机器参与RdDM途径（Zhang et al., 2013, EMBO J），但是具体的作用机制还需进一步研究。通过遗传筛选，该实验室在模式植物拟南芥中发现mRNA前体的剪接因子STA1的突变影响RdDM。高通量DNA甲基化分析发现STA1与RdDM途径中的其它组分在全基因组水平上对DNA甲基化的影响是一致的。小RNA分析结果显示，STA1特异的影响既依赖RNA聚合酶IV又依赖RNA聚合酶V的24个核苷酸的小RNA，而不影响只依赖RNA聚合酶IV的小RNA。这表明，与RNA聚合酶V相同，STA1可能是通过间接的方式影响小RNA的累积水平。在RdDM途径中，RNA聚合酶V负责产生长链非编码RNA，该长链非编码RNA能够作为支架RNA将ARGONAUTE蛋白AGO4招募到基因组上的RdDM的作用位点。该研究发现，STA1参与RNA聚合酶V依赖的长链非编码RNA的产生。免疫荧光定位结果表明，STA1主要存在于细胞核中的卡哈尔体（Cajal body）中，这与AGO4所在的位置是相同的，另外，STA1与RNA聚合酶V的最大亚基NRPE1在细胞核中的位置有部分重叠。STA1在细胞核中的定位结果与它的功能是一致的。这些研究结果表明，STA1通过调控RNA聚合酶产生长链非编码RNA在小RNA产生的下游途径发生作用，影响DNA甲基化的建立。该研究不仅证明了mRNA前体的剪接因子STA1参与RdDM途径，而且阐明了它的作用机制，这有助于全面揭示mRNA前体的剪接机器参与RdDM的具体机理。

北京生命科学研究所的何新建博士是该论文的通讯作者。何新建实验室的博士生窦坤和上海生命科学院植物逆境生物学研究中心的黄朝锋是论文的共同第一作者。论文的其它作者还包括何新建实验室的博士后马泽阳博士、张翠军博士和实验员周进兴，北京生命科学研究所核酸测序中心的蔡涛博士和黄焕伟以及上海生命科学院逆境生物学研究中心的朱健康博士和唐恺。该研究在北京生命科学研究所完成，得到科技部和北京市政府的资助。

原文摘要：

The PRP6-like splicing factor STA1 is involved inRNA-directed DNA methylation by facilitating theproduction of Pol V-dependent scaffold RNAs

DNA methylation is a conserved epigenetic marker in plants and animals. In Arabidopsis, DNA methylation can be established through an RNA-directed DNA methylation (RdDM) pathway. By screening for suppressors of ros1, we identified STA1, a PRP6-like splicing factor, as a new RdDM regulator. Whole-genome bisulfite sequencing suggested that STA1 and the RdDM pathway share a large number of common targets in the Arabidopsis genome. Small RNA deep sequencing demonstrated that STA1 is predominantly involved in the accumulation of the siRNAs that depend on both Pol IV and Pol V. Moreover, the sta1 mutation partially reduces the levels of Pol V-dependent RNA transcripts. Immunolocalization assay indicated that STA1 signals are exclusively present in the Cajal body and overlap with AGO4 in most nuclei. STA1 signals are also partially overlap with NRPE1. Localization of STA1 to AGO4 and NRPE1 signals is probably related to the function of STA1 in the RdDM pathway. Based on these results, we propose that STA1 acts downstream of siRNA biogenesis and facilitates the production of Pol V-dependent RNA transcripts in the RdDM pathway.