RdDM途径中的重要蛋白质

异染色质siRNAs通过RNA指导的DNA甲基化(RdDM)途径在胞嘧啶甲基化过程中扮演重要角色。RdDM是沉默转座子和重复序列的重要表观遗传修饰。RdDM主要包括4个过程:24-nt siRNAs的产生、支架RNA(scaffold RNA)的合成、沉默复合体到沉默位点的募集和DNA甲基化。在拟南芥中已经发现了一系列参与这4个过程的蛋白质。通过介绍RdDM途径中的重要蛋白质,说明RdDM途径及其在植物体内的主要功能,重点论述了最新报道的作用机制和新RdDM组分在该途径中的作用。     

植物RNA聚合酶Ⅳ调控DNA甲基化和发育的研究进展

DNA甲基化是一类稳定可遗传的表观遗传修饰,在调控基因表达、沉默转座子和维持基因组稳定性等方面发挥重要作用。植物中,DNA从头甲基化通过RNA指导的DNA甲基化(RNA-directedDNAmethylation,RdDM)途径建立。植物特有的DNA依赖的RNA聚合酶Ⅳ(DNA-dependent RNA polymerase Ⅳ, Pol Ⅳ)是RdDM途径核心蛋白,转录产生非编码RNA,通过RdDM途径引导从头建立DNA甲基化,进而调控植物基因表达和生长发育。Pol Ⅳ行使功能受多个蛋白调控：组蛋白阅读器SHH1 (SAWADEE homeodomain homolog 1)识别H3K9甲基化引导Pol Ⅳ到基因组特定位点;染色质重塑因子CLSY (CLASSY)蛋白家族协助Pol Ⅳ识别靶位点;RNA依赖的RNA聚合酶2 (RNA-dependent RNA polymerase 2, RDR2)将Pol Ⅳ转录产生的单链RNA转换成双链RNA。本文总结了Pol Ⅳ及其调控蛋白调控植物DNA甲基化和发育的研究进展,以期为DNA甲基化研究和农作物育种提供参考。     

DNA甲基化及其对植物发育的调控

DNA甲基化属于一种表观遗传修饰,主要发生在CpG双核苷酸序列中的胞嘧啶上,是在DNA甲基转移酶催化下,以S-腺苷甲硫氨酸为甲基供体,将甲基转移到胞嘧啶上,生成5-甲基胞嘧啶的一种反应。DNA甲基化在植物生长过程中具有极其重要的作用。综述了植物DNA甲基化的特征、调控机制,及其对植物基因表达影响的研究进展。     

植物表观遗传与DNA甲基化

表观遗传在植物生长发育过程中起着极其重要的作用。甲基化是基因组DNA的一种主要表观遗传修饰形式,是调节基因功能的重要手段。介绍了植物体中胞嘧啶甲基化现象,RNA指导的DNA甲基化的信号分子、作用机制,以及与RNA介导的基因沉默机制之间的区别和RNA对转座子的表观控制。     

植物DNA甲基化调控因子研究进展

DNA甲基化是重要的植物基因组表观遗传修饰。植物中DNA甲基化的建立与维持是由多个调控因子协同作用的结果。不同的甲基转移酶类能直接作用于不同位点胞嘧啶甲基化, 其中MET1主要负责保持原初CG位点的甲基化, CMT3主要负责保持CNG位点的甲基化, 并由DRM与CMT3的协同从头甲基化作用来补偿其他相关序列的甲基化。这些甲基转移酶与染色质重塑解旋酶和组蛋白修饰因子协同改变染色质的结构, 行使表观遗传的功能。DNA转葡糖基酶有去甲基化活性从而减轻基因沉默。文章综述了以上植物DNA甲基化调控因子的生物学功能及其之间的相互作用和近年来的研究进展, 以更好的理解DNA甲基化的建立、保持和去除的机制。     

RNA:诱导基因沉默

在生物体中 ,双链RNA (double strandRNA ,dsRNA)裂解后的小RNA可以诱导细胞质和基因组水平外源基因沉默。所谓基因沉默 (genesilencing)是指生物体中特定基因由于种种原因不表达。小RNA能诱导互补信使RNA在转录后降解 ,对于植物 ,可通过同源DNA序列甲基化使转录基因沉默。RNA沉默是基因组水平的免疫现象 ,代表了进化过程中原始的基因组对抗外源基因序列表达的保护机制 ,在动植物进化中起着重要作用 ,RNA沉默具有抵抗病毒入侵、抑制转座子活动、防止自私基因序列的过量增殖等作用 ,并调控蛋白编码基因的表达 ,具有十分诱人的应用前景     

siRNA诱导的DNA甲基化与肿瘤的发生

siRNA诱导的基因沉默最早只被认为是发生在细胞质内的转录后水平的调控过程,随着siRNA指导DNA甲基化现象的发现,已证实siRNA可以通过指导基因组表观修饰引起转录水平基因沉默.DNA甲基化曾被预言是致癌作用的一种表观遗传学机制,肿瘤发生过程中抑瘤基因异常沉默涉及到基因启动子区域DNA的甲基化.分析了这两个过程中内在的关系,探索siRNA对肿瘤细胞中基因异常表达的影响和作用.这将有助于肿瘤生物学和表观遗传学的研究,也会为研发防治肿瘤的新方法和新途径提供新的思路.     

DNA甲基化与脊椎动物胚胎发育

DNA甲基化是指DNA甲基转移酶(DNMT)将DNA序列中的5′胞嘧啶转变为5′甲基胞嘧啶的化学修饰, 可以调控基因的时空特异性表达, 从而影响细胞命运决定和分化等生物学过程。近年来研究发现, DNA甲基化在脊椎动物胚胎早期发育中有重要作用, Dnmt基因的缺失会影响胚胎早期发育和多个器官的形成及分化, 如胚胎早期致死、内脏器官和神经系统终末分化缺陷以及血液发生紊乱等。文章总结了DNA甲基化转移酶在小鼠和斑马鱼发育过程中的动态变化, 并系统阐述了DNA甲基化在胚胎早期发育和器官发生中的作用, 重点揭示DNA 甲基化转移酶与组蛋白甲基化转移酶如何协同调控DNA甲基化从而影响基因转录的分子机理。DNA甲基化作为一种关键的表观遗传学因素, 全面系统地理解其在胚胎发育过程中的作用机制对靶向治疗人类相关疾病有一定的理论指导意义。