揭示DNA甲基化与基因沉默的关系

　　DNA 甲基化与真核基因和转座子的转录抑制有关，但基因沉默的下游机制在很大程度上是未知的。

　　2021年6月3日，加州大学洛杉矶分校Steven E. Jacobsen团队在Science 在线发表题为“MBD5 and MBD6 couple DNA methylation to gene silencing through the J-domain protein SILENZIO”的研究论文，该研究描述了两种拟南芥甲基-CpG 结合域蛋白 MBD5 和 MBD6，它们通过识别 CG 甲基化被招募到染色质，并在不影响 DNA 甲基化水平的情况下冗余抑制基因和转座子的子集。

　　这些甲基阅读器招募了一种 J 结构域蛋白 SILENZIO，它在功能丧失和功能获得实验中充当转录抑制因子。J 域蛋白通常作为 HSP70 的共同伴侣。事实上，该研究发现 SILENZIO 的保守 J 域基序是其与 HSP70 相互作用及其沉默功能所必需的。这些结果揭示了分子伴侣 J 结构域蛋白在 DNA 甲基化下游的基因沉默中的前所未有的作用。

　　另外，2018年12月7日，美国科学院院士Steven E. Jacobsen及Falk Butter合作在Science发表题为“A DNA methylation reader complex that enhances gene transcription”的研究论文，该论文鉴定了拟南芥中的蛋白质复合物，其通过DNA甲基化被募集到染色质中。该复合物特异性地激活已经轻度转录但对转录沉默基因（例如转座因子）没有影响的基因的转录。因此，该复合物抵消了由邻近基因中的转座子插入引起的抑制效应，同时使转座子保持沉默。因此，通过平衡抑制和激活转录效应，DNA甲基化可以起到微调基因表达的作用。

　　真核生物中的胞嘧啶 DNA 甲基化 (mC) 通常与基因和转座因子 (TE) 的转录沉默有关，但对其机制知之甚少 。哺乳动物基因组编码几种甲基-CpG 结合域 (MBD) 蛋白，这些蛋白部分通过识别甲基化 CG 二核苷酸而被募集到染色质，但它们也在基因调控中发挥与甲基化无关的作用。一种流行的模型是 MBD 将组蛋白去乙酰酶复合物募集到甲基化 DNA，导致染色质凝集和基因沉默。在植物中，DNA 甲基化的丧失会导致许多转座子和基因的去阻遏 ，但没有发现甲基阅读器在此过程中的作用的证据，因此甲基标记下游的作用尚未解决。

　　从拟南芥中甲基读取器的质谱筛选中鉴定了两种名为 MBD5 和 MBD6 的蛋白质。MBD5 和 MBD6 属于一个由 13 个成员组成的家族，这些成员已通过与人类 MBD 域的序列相似性进行鉴定。在该域之外，植物和动物之间没有序列保守性。 MBD5 和 MBD6 是近亲，它们可以在体内相互作用，并且在电泳迁移率变化测定中显示可以结合甲基化探针。

　　虽然尚未将功能分配给 MBD5，但已显示 MBD6 是异源四倍体遗传杂种中核糖体 RNA 基因调控所必需的。在植物中，5-甲基胞嘧啶在 CG、CHG 和 CHH 序列环境中很常见。MBD 通常识别对称甲基化的 CG 二核苷酸，但也有报道称例外，例如 MeCP2，它也可以结合 mCA 位点。

　　该研究描述了两种拟南芥甲基-CpG 结合域蛋白 MBD5 和 MBD6，它们通过识别 CG 甲基化被招募到染色质，并在不影响 DNA 甲基化水平的情况下冗余抑制基因和转座子的子集。

　　这些甲基阅读器招募了一种 J 结构域蛋白 SILENZIO，它在功能丧失和功能获得实验中充当转录抑制因子。J 域蛋白通常作为 HSP70 的共同伴侣。 事实上，该研究发现 SILENZIO 的保守 J 域基序是其与 HSP70 相互作用及其沉默功能所必需的。 这些结果揭示了分子伴侣 J 结构域蛋白在 DNA 甲基化下游的基因沉默中的前所未有的作用。

　　总之，这项工作确定了一种将 DNA 甲基化与 CG 甲基化标记的位点沉默联系起来的途径。甲基结合蛋白 MBD5 和 MBD6 的特征表明它们可能通过与动物中已知 MBD 蛋白不同的机制起作用。 J 结构域蛋白 SILENZIO 作为沉默效应子的鉴定进一步表明甲基化下游的基因抑制与分子伴侣活性有关，并且这种新途径可能在不同的植物谱系中保守。