拟南芥COMPASS复合体的组成与功能研究

来源 :北京协和医学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kevinwang2009
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组蛋白H3K4甲基化修饰被认为是真核生物中一种重要的表观遗传学标记。Complex ofproteins associatedwith Set1(COMPASS)是酿酒酵母中唯一的 H3K4 甲基转移酶复合体。随着物种进化,COMPASS复合体的种类和数量也随之增加。这类复合体以Trithorax蛋白为核心酶,广泛参与到胚胎发育和肿瘤发生等多种生物学过程。COMPASS复合体中组蛋白甲基转移酶的催化活性以及位点特异性受到复合体中其他亚基的调控,因此研究COMPASS复合体的亚基组成为人们理解COMPASS复合体活性调节以及基因特异性转录调控机制提供重要了线索。酵母、果蝇和人中的COMPASS复合体组分已经得到纯化和鉴定。植物中COMPASS的部分保守核心亚基被报道参与植物生长发育,开花调控和胁迫应答等多个关键生物学过程,但植物中的COMPASS复合体至今未被纯化,其完整的亚基组成一直是领域内的研究空白。本研究通过亲和纯化结合质谱分析技术鉴定到拟南芥中Trithorax同源蛋白ATX1-ATX5参与的三类COMPASS复合体。我们将其命名为ATX1/2-COMPASS Ⅰ复合体,ATX3-COMPASS Ⅱ复合体和ATX4/5-COMPASS Ⅲ复合体。每一类复合体除包含COMPASS三个核心亚基外,还包含一个独特的H3K9去甲基化酶家族的JmjC结构域蛋白。突变体表型观察,转录组测序以及H3K4me3 ChIP-seq分析显示不同的COMPASS复合体在植物生长发育和基因转录调控中的功能部分冗余。atx1/2/3/4/5纯合突变体致死证明3种COMPASS复合体对于植物生长繁殖必不可少。ATX1/2与ATX4/5调控RdDM途径关键组分NRPE1以及DNA去甲基化酶ROS1,DML2和DML3的转录,从而调控拟南芥中DNA甲基化平衡。本研究还鉴定到拟南芥中的INO80染色质重塑复合体,并发现一种植物中特有的 ATX4/5-COMPASS-INO80 复合体结合模式。JMJ24 在连接 ATX4/5-COMPASS 和INO80复合体以及维持ATX4/5蛋白稳定性中发挥重要作用。突变体表型观察,转录组测序以及H3K4me3 ChIP-seq分析显示ATX4/5-COMPSS Ⅲ与INO80的N端结合蛋白在植物生长发育和基因表达调控中的功能具有一致性,且ATX4/5-COMPSS Ⅲ与INO80协同促进其共同靶基因的表达。本研究填补了植物中COMPASS复合体以及INO80复合体亚基组成的知识空白,为进一步探究COMPASS复合体的组装,酶催化活性的调节以及靶点特异性奠定了基础。本研究首次揭示ATX蛋白不仅在植物生长发育过程中有重要调控功能,而且在维持基因组DNA甲基化状态的平衡中也起到重要作用。植物中特有的ATX4/5-COMPASS-INO80复合体的发现或许能为研究染色质重塑与H3K4甲基化的协同调控功能提供新的研究方向。
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