Mol Plant：朱健康课题组在DNA主动去甲基化的调控机制取得新进展

iPlants  |   2020-09-13 12:14

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DNA甲基化（胞嘧啶环第五位碳上共价修饰一个甲基基团）是一种保守、重要的表观遗传修饰，其修饰水平及修饰位点的全基因组特异性分布由DNA甲基化和去甲基化共同决定（Zhu，2009）。拟南芥ROS1（REPRESSOR OF SILENCING 1）是植物中第一个被鉴定的DNA去甲基化酶（Gong等，2002），其通过切除甲基化修饰的胞嘧啶并切开脱嘧啶位点的脱氧核糖核酸链来起始碱基切除修复途径实现DNA去甲基化。近年来，关于ROS1的招募机制及其酶活调控机制逐渐被揭示，但ROS1是否受到翻译后修饰的调控及其机制尚不清楚（Nie 等，2019；Qian 等，2012；Zhang 等，2018）。
2020年9月11日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心植物逆境生物学研究中心朱健康课题组于Molecular Plant在线发表题为 “SIZ1-mediated SUMOylation of ROS1 Enhances Its Stability and Positively Regulates Active DNA Demethylation in Arabidopsis”的研究论文，首次揭示拟南芥类泛素化E3连接酶SIZ1通过介导ROS1的类泛素化修饰调节ROS1的蛋白稳定性，参与调控DNA主动去甲基化修饰过程。

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该项研究中，研究人员首先通过对拟南芥T-DNA插入缺失突变体库进行CHOP-PCR（DNA甲基化敏感PCR）筛选，鉴定到与ros1-4突变体呈现相似高DNA甲基化表型的突变体siz1-2，并通过特定位点的DNA甲基化检测及全基因组DNA甲基化水平分析，发现SIZ1参与调节ROS1介导的DNA主动去甲基化。

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SIZ1编码拟南芥中一个类泛素化修饰的E3连接酶，在生长发育及胁迫应答等过程中发挥重要作用（Augustine and Vierstra，2018）。生化实验结果表明SIZ1与ROS1之间存在蛋白质相互作用；进一步的分析发现ROS1蛋白在体外及体内均能被类泛素化修饰，并且SIZ1在其中起到促进作用。对野生型和siz1突变体植物中的ROS1蛋白水平比较分析发现SIZ1的缺失导致ROS1蛋白水平的下降，进一步证明SIZ1介导的类泛素化修饰增加ROS1的蛋白稳定性，从而在DNA去甲基化过程中发挥重要调控作用。该项研究首次提出拟南芥中SIZ1依赖的SUMO化修饰参与调控ROS1介导的DNA主动去甲基化的工作模型，有助于进一步理解DNA去甲基化的分子机制。

wt_a62312020096003217_15369f.jpgSIZ1介导ROS1的类泛素化修饰（SUMOylation）参与DNA主动去甲基化

中国科学院上海植物逆境生物学研究中心朱健康组已毕业博士研究生孔祥锋和洪烨淳为并列第一作者，朱健康研究员为通讯作者，前实验室副研究员许一丰（现工作于西南大学）对该工作给予悉心指导和帮助。该研究得到中国科学院的经费资助。
参考文献：Augustine R C, Vierstra R D. SUMOylation: re-wiring the plant nucleus during stress and development[J]. Curr Opin Plant Biol, 2018, 45: 143-154.Gong Z, Morales-Ruiz T, Ariza R R, et al. ROS1, a repressor of transcriptional gene silencing in Arabidopsis, encodes a DNA glycosylase/lyase[J]. Cell, 2002, 111: 803-814.Nie W F, Lei M, Zhang M, et al. Histone acetylation recruits the SWR1 complex to regulate active DNA demethylation in Arabidopsis[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2019, 116: 16641-16650.Qian W, Miki D, Zhang H, et al. A histone acetyltransferase regulates active DNA demethylation in Arabidopsis[J]. Science, 2012, 336: 1445-1448.Zhang H, Lang Z, Zhu J K. Dynamics and function of DNA methylation in plants[J]. Nat Rev Mol Cell Biol, 2018, 19: 489-506.Zhu J K. Active DNA demethylation mediated by DNA glycosylases[J]. Annu Rev Genet, 2009, 43: 143-166.

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