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DNA去甲基化對于調節生物體的基因組DNA甲基化狀態和防止轉錄后基因沉默等方面具有十分重要的作用。5-甲基胞嘧啶DNA糖基化酶/裂解酶ROS1(REPRESSOR OF SILENCING1)是生物體內被發現的DNA去甲基化酶,能夠通過啟動堿基切除修復途徑完成DNA主動去甲基化 (Gong et al., 2002)。DNA去甲基化酶ROS1的調控機制及其如何被招募到基因組的特定區域進行DNA的去甲基化反應是表觀遺傳學領域的前沿問題。

JIPB近日在線發表了中科院上海逆境生物學研究中心朱健康課題組題為“A novel protein complex that regulates active DNA demethylation in Arabidopsis”的研究論文。該研究報道了擬南芥中含有DNA去甲基化酶ROS1的DNA去甲基化復合體（即RWD40復合體）的分離鑒定和功能分析，和RWD40復合體參與調控植物DNA主動去甲基化的新機制（圖 1）。

圖1  植物DNA主動去甲基化復合體RWD40的組成成員（A）及其調控DNA去甲基化機制的示意圖（B）

該研究結果表明，擬南芥去甲基化酶ROS1與含有WD40結構域蛋白的RWD40相互作用，后者又與一種新的甲基化DNA結合蛋白RMB1以及含有鋅指（Zinc-Finger）和Homeodomain結構域蛋白RHD1相互作用。進一步的實驗結果表明ROS1與RWD40、RMB1和RHD1形成一個蛋白RWD40復合體。RWD40復合體能夠調節一些內源位點的甲基化水平，并且能夠通過控制ROS1基因啟動子的 “DNA甲基化感應器”（MEMS）的DNA甲基化程度去調節ROS1基因的表達水平,進而可能以此影響全基因組的DNA甲基化水平。含有甲基化DNA結合蛋白的IDM1和MBD7只能結合CG類型的甲基化DNA，而RMB1蛋白能夠結合CG, CHG和CHH類型的甲基化DNA。因而，RWD40復合體對于將DNA去甲基化酶ROS1招募到植物基因組的特定區域進行主動去甲基化是至關重要的，并且這種招募機制不同于已知的IDM復合體和組蛋白變體H2A.Z介導的DNA主動去甲基化機制 (Qian et al., 2012; Lang et al., 2015; Duan et al., 2017; Nie et al., 2019)

該研究認為，DNA去甲基化酶的招募依賴兩種類型的蛋白質：甲基化DNA結合蛋白和轉錄因子。甲基化DNA結合蛋白能夠確保DNA主動去甲基化反應只針對甲基化基因組區域（只有甲基化區域需要去甲基化）；轉錄因子蛋白能夠確保DNA主動去甲基化反應只針對那些需要調節的DNA序列（以防止有害的沉默）和避免DNA主動去甲基化發生在一些高度甲基化的轉座子和基因上（這些區域不需要去除DNA甲基化）。

該研究認為，DNA去甲基化酶的招募依賴兩種類型的蛋白質：甲基化DNA結合蛋白和轉錄因子。甲基化DNA結合蛋白能夠確保DNA主動去甲基化反應只針對甲基化基因組區域（只有甲基化區域需要去甲基化）；轉錄因子蛋白能夠確保DNA主動去甲基化反應只針對那些需要調節的DNA序列（以防止有害的沉默）和避免DNA主動去甲基化發生在一些DNA甲基化需要很高的基因和轉座子的區域（這些區域不需要DNA去甲基化）。

中科院上海逆境生物學研究中心劉盼博士、朱健康院士、Rosa Lozano-Duran研究員和揚州大學聶文鋒等主要參與了該項研究工作。該研究得到了中國科學院、國家自然科學基金和江蘇省自然科學基金等資助。