北生所973项目最新文章解析DNA甲基化

　　

生物通报道：来自北京生命科学研究所的研究人员发表了题为“IDN2 and Its Paralogs Form a Complex Required for RNA-Directed DNA Methylation”的文章，报道了拟南芥RNA介导DNA甲基化途径中的一个蛋白复合体和它作用的分子机制，相关成果公布在PLoS Genetics杂志上。

文章的通讯作者是北京生命科学研究所何新建博士，第一作者是博士后张翠军博士，参与这一研究的还包括技术员宁永强、张素维、陈庆、邵常荣、郭艳武和周进兴以及蛋白质中心的陈涉博士和李琳。这项研究由科技部973项目和北京市科委资助，在北京生命科学研究所完成。

可转座元件和其它DNA重复序列是真核生物基因组的重要组成部分，使这些序列处于抑制状态是维持基因组的稳定性和完整性所必需的。DNA甲基化是一种重要的染色质修饰方式，它能使这些序列处于抑制状态。在模式植物拟南芥中，RNA介导DNA甲基化是DNA甲基化建立的重要途径。IDN2/RDM12是该途径中的一个重要的双链RNA结合蛋白，但是它的作用机制还不清楚。

编码IDN2的基因是一个多基因家族的成员，该多基因家族编码的蛋白都包括XS、Coiled-coil和XH三个结构域。在这篇文章中，研究人员发现IDN2可以通过它的Coiled-coil结构域形成同源二聚体，并通过它的XH结构域与IDN2家族中的IDP1和IDP2（IDN2 Paralog 1 and 2）结合形成一个包括四个蛋白的蛋白复合体。

研究人员还通过对IDN2的XH结构域进行点突变结合转基因功能研究，发现该结构域不仅影响IDN2-IDP1/IDP2蛋白复合体的形成而且是DNA甲基化和基因沉默所必需的。进一步研究显示，在idp1突变体中，小分子干扰RNA（small interfering RNA）的累积、DNA的甲基化和转录水平的基因沉默都明显受到抑制，而在idp1idp2双突变体中，这种抑制的效果明显增强。这表明IDN2-IDP1/IDP2复合体中的IDP1和IDP2也参与了RNA介导DNA甲基化途径，IDP1和IDP2的功能是部分重叠的。

不同于IDN2，IDP1 和IDP2不能结合双链RNA，这揭示在IDN2-IDP1/IDP2复合体中，IDP1和IDP2具有与IDN2不同的生化功能。这项研究加深了对植物体中RNA介导DNA甲基化途径的理解，同时也对研究酵母和动物体中的RNA介导的染色质修饰机制具有借鉴意义。

除此之外，PLoS Genetics杂志还发表了中科院植生生态所的另外一项成果：揭示高等植物叶绿体是细胞启动胞内热激反应的信号源，首次建立了叶绿体蛋白翻译效率和细胞核热胁迫响应转录因子HsfA2表达启动的遗传关系，证实了高等植物细胞存在热激反应的叶绿体逆向（retrograde）调控信号途径。上述的重要研究进展为细胞核-质体信号互做参与植物逆境胁迫适应机制提供了新的证据，为进一步研究高等植物的耐热性状形成机理开启了一个全新的视角。

（生物通：万纹）

原文摘要：

IDN2 and Its Paralogs Form a Complex Required for RNA–Directed DNA Methylation
IDN2/RDM12 has been previously identified as a component of the RNA–directed DNA methylation (RdDM) machinery in Arabidopsis thaliana, but how it functions in RdDM remains unknown. By affinity purification of IDN2, we co-purified two IDN2 paralogs IDP1 and IDP2 (IDN2 PARALOG 1 and 2). The coiled-coil domain between the XS and XH domains of IDN2 is essential for IDN2 homodimerization, whereas the IDN2 C-terminal XH domain but not the coiled-coil domain is required for IDN2 interaction with IDP1 and IDP2. By introducing the wild-type IDN2 sequence and its mutated derivatives into the idn2 mutant for complementation testing, we demonstrated that the previously uncharacterized IDN2 XH domain is required for the IDN2-IDP1/IDP2 complex formation as well as for IDN2 function. IDP1 is required for de novo DNA methylation, siRNA accumulation, and transcriptional gene silencing, whereas IDP2 has partially overlapping roles with IDP1. Unlike IDN2, IDP1 and IDP2 are incapable of binding double-stranded RNA, suggesting that the roles of IDP1 and IDP2 are different from those of IDN2 in the IDN2-IDP1/IDP2 complex and that IDP1 and IDP2 are essential for the functioning of the complex in RdDM.

作者简介：

何新建实验室

研究概述

DNA甲基化和组蛋白修饰引起的染色质变化对于基因组稳定性、基因表达调控、基因组印记和转基因沉默具有重要作用。DNA甲基化是指在DNA的胞嘧啶碱基的5号位加上一个甲基，它广泛存在于原核生物和真核生物中。在植物基因组中，甲基化的DNA位点往往伴随产生小分子的siRNA和非编码的长链RNA，这些RNA可以通过RNA指导的DNA甲基化途径引导基因组DNA的甲基化。组蛋白修饰包括甲基化、乙酰化、磷酸化和泛素化等，这些修饰和DNA甲基化协同作用，共同调控染色质的状态。我们将利用模式植物拟南芥为研究材料，通过利用遗传、分子和生化方法重点研究RNA指导的DNA甲基化和组蛋白修饰途径。我们将鉴定这个途径中的新组分，并研究它们在维持基因组稳定性，调控发育和转基因沉默机制中的重要功能。这将有助于我们深入理解植物体在发育和环境适应过程中表观遗传的动态调控机制。