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科研进展

2021年06月30日
中国科大揭示基因组异染色质化促进piRNA表达的分子机制

近日,中国科学技术大学生命科学与医学部和第一附属医院冯雪竹研究员和光寿红教授课题组在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America,PNAS)上发表了题为“A chromodomain protein mediates heterochromatin-directed piRNA expression”的文章。该研究以模式生物秀丽隐杆线虫为模型,发现了在基因组上,异染色质化修饰能够促进piRNA的转录生成,并且发现了一个全新的包含Chromo结构域的蛋白--USTC复合物结合依赖蛋白(UAD-2)参与调控异染色质化区域的基因转录。

piRNA是一类在动物中保守的非编码小RNA,在转座子沉默、生殖发育、基因表达调控和性别决定等过程中发挥重要作用。在人类和线虫细胞中,piRNA生成通路中的关键因子Piwi蛋白功能缺失会造成精子发生过程异常,从而导致雄性不育。光寿红课题组与合作者英国剑桥大学Eric Miska教授首先在《Genes & Development》(2019)上发现了USTC复合物并揭示了它在piRNA转录中的功能,之后冯雪竹与光寿红课题组与合作者中科大许超教授在《Cell Reports》(2019)上发现了piRNA生成以及染色体分离(PICS)复合物。

然而,piRNA的转录生成加工等过程仍然有许多重要的、未解决的问题,piRNA转录机器在高度异染色质化区域起始piRNA转录延伸的分子机制还不清楚。冯雪竹和光寿红课题组通过传统遗传学手段克隆了一个参与piRNA生成的基因uad-2,并通过分子生物学、细胞生物学等多种手段揭示了UAD-2蛋白通过调控USTC复合物与piRNA的转录起始过程来参与piRNA的生成。UAD-2蛋白具有Chromo结构域,课题组通过体外实验证明了该蛋白的Chromo结构域具有结合H3K27me3的活性。同时还揭示了参与H3K27me3修饰生成的PRC2复合物和染色质重塑因子ISW-1、MRG-1蛋白等对piRNA的生成也十分重要,为进一步研究异染色质区域的piRNA转录提供了新思路。

本文的第一作者为博士研究生黄新亚和硕士研究生程鹏。冯雪竹研究员,光寿红教授,朱成明副研究员和陈向阳副研究员为本文的共同通讯作者。该研究得到了国家创新人才项目、科技部、基金委、中科院和中国科学技术大学的大力支持。

文章链接:https://www.pnas.org/content/118/27/e2103723118


(生命科学与医学部、科研部)

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