鄭丙蓮課題組在植物siRNA介導(dǎo)的基因沉默途徑中取得重要進(jìn)展
高等生物基因組中含有大量轉(zhuǎn)座子序列，激活的轉(zhuǎn)座子對(duì)基因組的穩(wěn)定性是一個(gè)潛在的威脅。正所謂“道高一尺,魔高一丈”，高等植物中已進(jìn)化出較為完備的小干擾RNA依賴的DNA甲基化(siRNA-directed DNA methylation, RdDM)途徑來(lái)維持基因組上轉(zhuǎn)座子的高度沉默。RdDM途徑主要分為兩個(gè)主要步驟，首先植物特有的DNA依賴的RNA聚合酶Pol IV（由Pol II進(jìn)化而來(lái)）在RNA依賴的RNA聚合酶（主要為RDR2）的作用下從轉(zhuǎn)座子區(qū)域轉(zhuǎn)錄出大量的30-40 nt長(zhǎng)度的雙鏈前體，這些雙鏈RNA分子經(jīng)過(guò)核酸內(nèi)切酶Dicer 3 (DCL3)的切割產(chǎn)身成熟的24 nt的siRNA（small interfering RNA）。然后另一個(gè)植物特有的DNA依賴的RNA聚合酶Pol V（也由Pol II進(jìn)化而來(lái)）在轉(zhuǎn)座子鄰近區(qū)域轉(zhuǎn)錄出200 nt的支架RNA（scaffold RNA），這些支架RNA通過(guò)序列的同源匹配進(jìn)而招募已經(jīng)裝載24 nt siRNA的AGO4蛋白復(fù)合體(RISC)。隨后進(jìn)一步招募DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶DRM1/2建立轉(zhuǎn)座子的DNA甲基化修飾，從而精確并高效的沉默轉(zhuǎn)座子。已知Pol V的招募完全依賴于主要由DMS3、DRD1和RDM1組成的DDR 復(fù)合物，DDR復(fù)合物中任一蛋白的功能紊亂均表現(xiàn)出Pol V的功能缺失。然而DDR 復(fù)合物本身的組裝調(diào)控機(jī)制并不清楚。2019年2月13日，鄭丙蓮課題組在PNAS在線發(fā)表了題為Anaphase-promoting complex/cyclosome regulates RdDM activity by degrading DMS3 in Arabidopsis的研究論文，該文首次揭示植物 APC/C 調(diào)控DDR復(fù)合物的組裝，并發(fā)現(xiàn)DMS3呈現(xiàn)細(xì)胞周期依賴的表達(dá)模式。
本研究中，研究人員首先通過(guò)qRT-PCR和lncRNA測(cè)序分析發(fā)現(xiàn)植物細(xì)胞周期調(diào)控復(fù)合物APC/C通過(guò)影響Pol V的招募進(jìn)而參與部分轉(zhuǎn)座子的沉默過(guò)程。APC/C作為經(jīng)典的細(xì)胞周期過(guò)程中特異性的泛素連接酶E3,其在RdDM途徑中的底物是什么呢？為了回答這一問(wèn)題，他們通過(guò)酵母雙雜交的手段發(fā)現(xiàn)負(fù)責(zé)Pol V招募的DDR復(fù)合物的成員DMS3與APC/C相互作用，反過(guò)來(lái)APC/C能夠在體內(nèi)和體外將DMS3泛素化，并且這種相互作用和泛素化是完全依賴于DMS3蛋白序列中的保守的D Box的。與此一致的是，在apc/c突變體中DMS3蛋白顯著積累。那么為什么DMS3的增加也造成Pol V的招募受阻呢？通過(guò)體外的競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合實(shí)驗(yàn)證明只有適量的 DMS3 蛋白才可以促進(jìn)功能性的DDR復(fù)合物正確組裝，過(guò)多或過(guò)少的DMS3均導(dǎo)致DDR1和RDM1的相互作用大為降低。隨后植物體內(nèi)的分子篩實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)apc/c 突變體中功能性的 DDR 復(fù)合物的組裝顯著減少，并伴有低分子量的非功能性復(fù)合物的形成。更重要的是，DMS3 過(guò)表達(dá)植物表現(xiàn)出與apc/c突變體類似的DNA甲基化水平下降和轉(zhuǎn)座子激活的分子表型。這些結(jié)果進(jìn)一步證明 APC/C通過(guò)介導(dǎo)DMS3 泛素化降解參與植物的RdDM 途徑?；贏PC/C是細(xì)胞周期中的重要調(diào)控復(fù)合物，該研究發(fā)現(xiàn)也暗示了RdDM活性可能存在細(xì)胞周期依賴的調(diào)控機(jī)制，因此這也為了解基因組在細(xì)胞周期進(jìn)程中如何協(xié)調(diào)活躍的DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)座子沉默提供了全新的視角
鄭丙蓮課題組最近剛畢業(yè)的博士研究生鐘嵩瀟同學(xué)為本文第一作者，鄭丙蓮研究員為通訊作者。本研究工作得到了復(fù)旦大學(xué)遺傳工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室麻錦彪教授、任國(guó)棟研究員和王應(yīng)祥研究員的大力支持。研究經(jīng)費(fèi)來(lái)自于中組部青年千人計(jì)劃、上海市浦江人才計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、優(yōu)秀青年基金和重點(diǎn)項(xiàng)目等資助。
論文全文鏈接：https://www.pnas.org/content/early/2019/02/12/1816652116。
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