戚益军研究组Cell子刊解析DNA甲基化

　　

生物通报道：来自北京生命科学研究所，浙江大学，清华大学等处的研究人员发表了题为Cytoplasmic Assembly and Selective Nuclear Import of Arabidopsis ARGONAUTE4/siRNA Complexes”的文章，报道了拟南芥RNA介导DNA甲基化（RdDM）通路中，ARGONAUTE4/siRNA复合体在细胞质内组装和选择性进入细胞核的分子机制。相关成果公布在Molecular Cell杂志上。

文章的通讯作者是北京生命科学研究所戚益军博士，第一作者为北京生命科学研究所与浙江大学联合培养的博士生叶瑞强和博士后王伟博士，其他研究人员还包括日本国立农业生物科学研究所的Taichiro Iki和Masayuki Ishikawa博士，以及浙江大学的周雪平博士，北京生命科学研究所博士生刘畅和技术员吴扬。

DNA甲基化作为一种高等生物中保守的表观遗传修饰，在维持基因组稳定性，调控基因表达和介导转基因沉默等生物过程中起着非常重要的作用。RNA介导的DNA甲基化（RdDM）是植物从头建立DNA甲基化的重要途径。在该通路中， siRNA从转座子等重复DNA序列区域产生（这些siRNA被称为heterochromatic siRNA, hc-siRNA），并与ARGONAUTE4（AGO4）蛋白结合形成效应复合体。

AGO4/siRNA复合体可进一步招募DNA甲基转移酶DRM2等组分，特异性地识别同源DNA序列并介导甲基化修饰。由于hc-siRNA的产生和最终功能行使都在细胞核中进行，之前人们普遍认为RdDM通路是一个完全发生在细胞核中的过程。

在这篇文章中，研究人员在对拟南芥细胞质和细胞核中的小RNA组分进行系统分析的过程中，出人意料地发现：hc-siRNA主要存在于细胞质中，并且大部分以游离的双链形式存在；而在细胞核中则主要以与AGO4结合的单链形式存在。

进一步的细胞和生化实验证明：在细胞质内，AGO4在HSP90蛋白的帮助下结合双链siRNA，然后通过其核酸内切酶活性切割并降解其中一条链，形成成熟的结合单链siRNA的AGO4效应复合体。siRNA的结合很可能导致AGO4构象发生变化，暴露出其核定位信号，细胞因此可以选择性的识别并转运成熟的AGO4/siRNA复合体至细胞核内。

这项研究揭示了RdDM通路中AGO4/siRNA效应复合体在细胞质内组装的重要步骤，推翻了以前人们认为的RdDM通路完全在细胞核内进行的成见。研究还表明，细胞选择性地转运成熟的AGO4/siRNA复合体进入细胞核，很可能是RdDM通路进入效应阶段之前的一个关键调控点。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Cytoplasmic Assembly and Selective Nuclear Import of Arabidopsis ARGONAUTE4/siRNA Complexes

In plants, DNA methylation can be mediated by a class of Argonaute4 (AGO4)-associated heterochromatic siRNAs (hc-siRNAs), through a pathway termed RNA-directed DNA methylation (RdDM). It has been thought that RdDM is solely a nuclear process, as both the biogenesis and functioning of hc-siRNAs take place in the nucleus. In this study, we unexpectedly found that hc-siRNAs are predominantly present in the cytoplasm. We demonstrated that AGO4 is loaded with hc-siRNAs in the cytoplasm and the formation of mature AGO4/siRNA complexes requires HSP90 and the cleavage activity of AGO4. Intriguingly, siRNA binding facilitates the redistribution of AGO4 into the nucleus, likely through inducing conformational change that leads to the exposure of the nuclear localization signal (NLS). Our findings reveal an unsuspected cytoplasmic step in the RdDM pathway. We propose that selective nuclear import of mature AGO4/siRNA complexes is a key regulatory point prior to the effector stage of RdDM.