Genome Biology | DNA聚合酶ε在維持異染色質中意義重大

2021-02-08 植物生物技術Pbj


染色質通過表觀遺傳修飾來組織DNA並調節其轉錄活性。基因組的異染色質區域通常在轉錄上是沉默的,而常染色質則更易於轉錄。在DNA複製過程中,遺傳信息和染色質修飾都必須忠實地傳遞給子鏈。有證據表明DNA聚合酶在轉錄沉默中起著作用,但其作用範圍以及與異染色質維持的關係尚不清楚。近日,法國克萊蒙·費朗大學遺傳繁殖與發展研究所的團隊在著名期刊「Genome Biology」在線發表了題為「DNA polymerase epsilon is required for heterochromatin maintenance in Arabidopsis」的文章,闡明了DNA聚合酶ε在擬南芥異染色質維持中的重要作用。

 

擬南芥DNA和組蛋白甲基轉移酶突變體的分析表明,表觀遺傳對異染色質的組織和功能起著重要作用。在其他生物學功能中,異染色質可確保TEs的轉錄抑制,而維持異染色質表觀遺傳標記的缺陷會導致TE沉默的釋放。缺失這些標記的突變體也表現出異染色質的錯誤組織結構。在核水平上,擬南芥異染色質通常組織成稱為色心的結構。著絲粒異染色質包含基因組的大部分轉座子(TEs),並且在CG,CHG和CHH的三個胞嘧啶序列背景下都與高水平的DNA甲基化有關。在該研究中,研究者在篩選轉錄沉默缺陷突變體的過程中,鑑定了編碼DNA Polε催化亞基POL2A等位基因的強突變體。研究者發現POL2A可能需要通過防止複製性應激來穩定全基因組的異染色質沉默。POL2A抑制DNA甲基化和組蛋白H3賴氨酸9甲基化,因此,POL2A缺陷型突變體中異染色質沉默的釋放反常地發生在這兩個抑制性表觀遺傳標記水平升高的染色質環境中。POL2A不會促進H3K27me1,H3K9me2或H2A.W之類的異色標記的積累,但是對於正確地將異色質聚集到色心是必需的。結果表明,POL2A既可防止TE的CHG DNA甲基化過多,又可控制其在全基因組範圍內的沉默。研究者發現CHG高度甲基化是許多複製因子共有的特徵,該研究揭示了DNA複製與CHG甲基化之間的聯繫。在核水平上,POL2A缺陷與異染色質片段化有關。這些結果表明,POL2A對異染色質的結構和功能至關重要,並且對於整個細胞周期中DNA甲基化的忠實傳播,複製過程的順利進行是必需的。

 

Fig1.Genome-wide release of silencing in a new pol2a-12 mutant allele

 

Fig3 Heterochromatin fragmentation in pol2a-12

Fig. CHG and H3K9 hypermethylation in pol2a mutants

 

原文連結:

https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-020-02190-1#Bib1


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