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Cell：染色質(zhì)重塑是DNA甲基化的表觀遺傳基礎(chǔ)
摘要：CSHL植物遺傳學(xué)家Rob Martienssen與結(jié)構(gòu)生物學(xué)家Leemor john - tor合作，確定了控制植物表觀遺傳的確切機(jī)制。
當(dāng)生物體將其基因傳遞給后代時(shí)，它們包含的不僅僅是DNA中闡明的代碼。有些還會(huì)傳遞化學(xué)標(biāo)記，指導(dǎo)細(xì)胞如何使用該密碼。這些標(biāo)記傳遞給后代被稱(chēng)為表觀遺傳。這在植物中尤其常見(jiàn)。因此，這里的重大發(fā)現(xiàn)可能會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)、食品供應(yīng)和環(huán)境產(chǎn)生影響。
冷泉港實(shí)驗(yàn)室(CSHL)教授和HHMI調(diào)查員Rob Martienssen和Leemor Joshua-Tor一直在研究植物如何傳遞使轉(zhuǎn)座子不活躍的標(biāo)記。轉(zhuǎn)座子也被稱(chēng)為跳躍基因。當(dāng)它們被激活時(shí)，它們可以四處移動(dòng)并破壞其他基因。為了使它們沉默并保護(hù)基因組，細(xì)胞在特定的DNA位點(diǎn)上添加了調(diào)節(jié)標(biāo)記。這個(gè)過(guò)程被稱(chēng)為甲基化。
Martienssen和Joshua-Tor現(xiàn)在已經(jīng)展示了蛋白質(zhì)DDM1如何為在新DNA鏈上放置這些標(biāo)記的酶讓路。植物細(xì)胞需要DDM1，因?yàn)樗鼈兊腄NA被緊密包裝。為了保持基因組緊密有序，細(xì)胞將DNA包裹在一種叫做組蛋白的蛋白質(zhì)上?！暗@阻礙了各種重要酶接近DNA，”Martienssen解釋說(shuō)。在甲基化發(fā)生之前，“你必須移除或滑動(dòng)組蛋白?！?/div>
Martienssen和前CSHL同事Eric Richards在30年前首(空)次發(fā)現(xiàn)了DDM1。從那時(shí)起，研究人員已經(jīng)了解到它沿著包裝蛋白滑動(dòng)DNA以暴露需要甲基化的位點(diǎn)。Martienssen將這種運(yùn)動(dòng)比作沿著繩子滑行的溜溜球。他解釋說(shuō)，組蛋白“可以在DNA上上下移動(dòng)，一次暴露部分DNA，但永遠(yuǎn)不會(huì)脫落?！?/div>
通過(guò)遺傳和生化實(shí)驗(yàn)，Martienssen精確地確定了DDM1取代的組蛋白。Joshua-Tor使用低溫電子顯微鏡捕捉了這種酶與DNA和相關(guān)包裝蛋白相互作用的詳細(xì)圖像。他們能夠看到DDM1如何抓住特定的組蛋白來(lái)重塑包裝的DNA。Joshua-Tor說(shuō):“將DDM1聯(lián)系在一起的一個(gè)意想不到的紐帶，與多年前發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)突變相對(duì)應(yīng)?！?/div>
實(shí)驗(yàn)還揭示了DDM1對(duì)某些組蛋白的親和力如何在幾代之間保持表觀遺傳控制。研究小組發(fā)現(xiàn)，只有在花粉中發(fā)現(xiàn)的一種組蛋白對(duì)DDM1具有抗性，并在細(xì)胞分裂過(guò)程中充當(dāng)占位符。Martienssen說(shuō):“它會(huì)記住植物發(fā)育過(guò)程中組蛋白的位置，并將這種記憶保留到下一代?！?/div>
這里可能不只有植物。人類(lèi)也依賴DDM1樣蛋白來(lái)維持DNA甲基化。這項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)可能有助于解釋這些蛋白質(zhì)如何保持我們基因組的功能和完整性。
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