何新建等拟南芥叶酸多聚谷氨酰基化研究获进展

　　2013年7月23日，北京生命科学研究所何新建实验室在《The Plant Cell》杂志在线发表题为“Folate polyglutamylation is involved in chromatin silencing by maintaining global DNA methylation and histone H3K9 dimethylation in Arabidopsis”的论文。该论文报道了模式植物拟南芥中的叶酸多聚谷氨酰基化在维持DNA和组蛋白甲基化以及染色质沉默过程中的作用。

　　DNA甲基化是植物和其它真核生物中的抑制性染色质修饰方式，使染色质处于转录沉默状态。何新建实验室的研究发现，拟南芥中的叶酰聚谷氨酸合成酶 FPGS1是维持基因组DNA甲基化所必需的。在fpgs1突变体中，拟南芥基因组DNA甲基化的总体水平明显下降，这激活了基因组上本来处于转录抑制状态的可转座元件。用过量的甲酰四氢叶酸对fpgs1突变体进行处理，能够使fpgs1突变体的DNA甲基化恢复到接近野生型的水平，并进而恢复可转座元件的转录抑制状态。DNA的甲基化反应中，甲基供体S-腺苷甲硫氨酸(SAM)将甲基转给DNA或组蛋白，产生S-腺苷同型半胱氨酸(SAH)，SAH可以脱去腺苷生成同型半胱氨酸(Hcy)。该研究发现，fpgs1突变体中的SAM的含量与野生型相比没有明显变化，而SAH和 Hcy的含量在fpgs1突变体中显著升高。作为与SAM竞争的甲基化酶的抑制子， SAH含量的升高可能影响了SAM与DNA甲基化酶的结合，干扰甲基化酶的正常功能，从而引起fpgs1突变体中DNA甲基化水平显著降低。该研究还发现， fpgs1突变体中的组蛋白H3K9二甲基化的总体水平也明显降低，而所检测的其它组蛋白甲基化形式的水平没有明显变化。由于DNA甲基化和组蛋白 H3K9二甲基化都是抑制性的染色质修饰方式，并且它们之间存在偶联机制，因此，fpgs1对组蛋白H3K9二甲基化的影响可能是通过影响DNA甲基化间接引起的。该研究表明叶酰聚谷氨酸合成酶FPGS1对DNA甲基化和组蛋白H3K9二甲基化的影响是通过调控一碳代谢途径实现的。该研究加深了我们对植物代谢、发育和表观遗传调控之间相互作用关系的认识。

　　北京生命科学研究所何新建实验室的博士生周豪然和实验员张芳芳是论文的共同第一作者。论文的其它作者还包括何新建实验室的博士后马泽阳博士，北京生命科学研究所核酸测序中心的蔡涛博士和黄焕伟，上海生命科学院逆境生物学研究中心的朱健康博士，中国农业科学院生物技术研究所的张春义博士和姜凌博士。何新建博士是该论文的通讯作者。该研究在北京生命科学研究所完成，得到科技部和北京市政府的资助。