著名学者朱健康院士Cell Research发表表观遗传学研究成果

　　

生物通报道：转座子通常是通过表观遗传学机制（包括DNA甲基化）保持沉默的。12月9日，在《Cell Research》杂志上发表的一项研究中，来自中科院上海生命科学研究院、美国普渡大学以及中科院遗传与发育生物学研究所的研究人员，在拟南芥中将一对Harbinger转座子衍生蛋白（HDPs）——HDP1和HDP2，确定为抗沉默因子。hdp1和hdp2突变体表现出转基因和一些转座子的沉默增强。著名学者朱健康院士是本文通讯作者。延伸阅读：朱健康院士Cell子刊：用改良的CRISPR系统精确编辑水稻基因组；朱健康院士Nature子刊表观遗传学成果；朱健康Cell Discovery发现杂种优势的关键表观遗传因子。

转座因子（TEs）是移动的、重复的遗传因子，在真核生物基因组中占很大一部分。转座子由于对宿主基因组的有害影响，通常被视为“自私”DNA或“寄生”因子。然而，新的证据表明，TEs在基因功能的演变和调控中起着关键的作用。此外，越来越多的宿主基因，是从已被发现的转座子衍生或“驯化”而来。在宿主基因组中，这些基因的确定及其功能的阐明，对于理解转座子如何有助于寄主适应性，是非常有意义的。

在植物中，TEs通常是通过表观遗传学沉默机制调节的，包括DNA甲基化和组蛋白修饰。DNA甲基化在多个过程中起着重要的作用，包括基因组的稳定性、细胞对环境刺激的反应和器官的发育。DNA甲基化水平和模式是动态的，并由两个可逆反应确定：DNA甲基化和去甲基化。DNA甲基化可以通过被动或主动的途径、或两者的组合而发生。与被动的DNA去甲基化比较，特定的酶促反应对于活性DNA去甲基化是必需的。在拟南芥中，主动的DNA去甲基化是由一系列双功能的DNA糖基化酶/酶执行的，包括ROS1、DME、二甲醚2（DML2）和DML3。ROS1的功能缺失突变可引起DNA的超甲基化，并增强转基因和内源基因以及TEs的转录后基因沉默（TGS）。

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然而，在植物和动物中，主动的去甲基化机制如何被招募到特定的基因组位点，我们还了解甚少。增加的DNA甲基化1（IDM1）——组蛋白乙酰转移酶，是一小部分ROS1介导的DNA去甲基化所必需的。最近，IDM1被证明与IDM2、IDM3和一个甲基DNA结合蛋白MBD7组成一个复合物。在这个IDM复合物中任何组件的突变，都会导致增强的转基因沉默和特定基因组区域（包括TEs）的 DNA超甲基化。MBD7可识别密集的甲基化CpG区域，并有助于IDM1到特定基因组位点的招募。然而，MBD7单独不能决定IDM1的靶标特异性，因为该复合物与具有很高DNA甲基化的所有基因组区域无关。因此，在IDM复合物中可能有其他组件，决定着该复合物的靶标特异性。

Harbinger转座子是DNA转座子，通常编码一个DDE转座酶和含有SANT/Myb/trihelix 结构域的DNA结合蛋白。Harbinger转座子驯化已在哺乳动物、果蝇和拟南芥有过报道，从而指出了它们的进化意义。然而，它们的生物学功能目前还不清楚。

在这项研究中，研究人员使用正向遗传筛选，在拟南芥中确定了一对Harbinger转座子衍生的反沉默因子HDP2和HDP1。这两个基因的功能缺失突变，不仅能引发转基因和一些内源性TEs的沉默增强，而且也增加了DNA甲基化。类似于它们的Harbinger转座子相对物，HDP1在细胞核中与HDP2相互作用。该研究小组提供的证据表明，HDP2和HDP1是以前确定的IDM组蛋白乙酰转移酶复合物的新组件，该复合物还包括IDM1、IDM2、IDM3和MBD7。

这些研究结果表明，HDP1和HDP2是检测位点上IDM1组蛋白乙酰转移酶活性所必需的。此外，HDP2和MBD7共有大量的染色质关联的常见基因组区域。因此，这些数据表明， HDP1和HDP2构成来自Harbinger转座子的一个功能模块，已被招募以在宿主组蛋白乙酰转移酶复合物中发挥功能。HDP1和HDP2模块对于确定组蛋白乙酰转移酶复合物的靶向特异性以促进DNA去甲基化并防止重要的表观遗传沉默，是非常重要的。

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
A pair of transposon-derived proteins function in a histone acetyltransferase complex for active DNA demethylation
Abstract：Transposons are generally kept silent by epigenetic mechanisms including DNA methylation. Here, we identified a pair of Harbinger transposon-derived proteins (HDPs), HDP1 and HDP2, as anti-silencing factors in Arabidopsis. hdp1 and hdp2 mutants displayed an enhanced silencing of transgenes and some transposons. Phylogenetic analyses revealed that HDP1 and HDP2 were co-domesticated from the Harbinger transposon-encoded transposase and DNA-binding protein, respectively. HDP1 interacts with HDP2 in the nucleus, analogous to their transposon counterparts. Moreover, HDP1 and HDP2 are associated with IDM1, IDM2, IDM3 and MBD7 that constitute a histone acetyltransferase complex functioning in DNA demethylation. HDP2 and the methyl-DNA-binding protein MBD7 share a large set of common genomic binding sites, indicating that they jointly determine the target specificity of the histone acetyltransferase complex. Thus, our data revealed that HDP1 and HDP2 constitute a functional module that has been recruited to a histone acetyltransferase complex to prevent DNA hypermethylation and epigenetic silencing.