揭示DNA甲基化與基因沉默的關系

　　DNA 甲基化與真核基因和轉座子的轉錄抑制有關，但基因沉默的下游機制在很大程度上是未知的。

　　2021年6月3日，加州大學洛杉磯分校Steven E. Jacobsen團隊在Science 在線發表題為“MBD5 and MBD6 couple DNA methylation to gene silencing through the J-domain protein SILENZIO”的研究論文，該研究描述了兩種擬南芥甲基-CpG 結合域蛋白 MBD5 和 MBD6，它們通過識別 CG 甲基化被招募到染色質，并在不影響 DNA 甲基化水平的情況下冗余抑制基因和轉座子的子集。

　　這些甲基閱讀器招募了一種 J 結構域蛋白 SILENZIO，它在功能喪失和功能獲得實驗中充當轉錄抑制因子。J 域蛋白通常作為 HSP70 的共同伴侶。事實上，該研究發現 SILENZIO 的保守 J 域基序是其與 HSP70 相互作用及其沉默功能所必需的。這些結果揭示了分子伴侶 J 結構域蛋白在 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，美國科學院院士Steven E. Jacobsen及Falk Butter合作在Science發表題為“A DNA methylation reader complex that enhances gene transcription”的研究論文，該論文鑒定了擬南芥中的蛋白質復合物，其通過DNA甲基化被募集到染色質中。該復合物特異性地激活已經輕度轉錄但對轉錄沉默基因（例如轉座因子）沒有影響的基因的轉錄。因此，該復合物抵消了由鄰近基因中的轉座子插入引起的抑制效應，同時使轉座子保持沉默。因此，通過平衡抑制和激活轉錄效應，DNA甲基化可以起到微調基因表達的作用。

　　真核生物中的胞嘧啶 DNA 甲基化 (mC) 通常與基因和轉座因子 (TE) 的轉錄沉默有關，但對其機制知之甚少 。哺乳動物基因組編碼幾種甲基-CpG 結合域 (MBD) 蛋白，這些蛋白部分通過識別甲基化 CG 二核苷酸而被募集到染色質，但它們也在基因調控中發揮與甲基化無關的作用。一種流行的模型是 MBD 將組蛋白去乙酰酶復合物募集到甲基化 DNA，導致染色質凝集和基因沉默。在植物中，DNA 甲基化的喪失會導致許多轉座子和基因的去阻遏 ，但沒有發現甲基閱讀器在此過程中的作用的證據，因此甲基標記下游的作用尚未解決。

　　從擬南芥中甲基讀取器的質譜篩選中鑒定了兩種名為 MBD5 和 MBD6 的蛋白質。MBD5 和 MBD6 屬于一個由 13 個成員組成的家族，這些成員已通過與人類 MBD 域的序列相似性進行鑒定。在該域之外，植物和動物之間沒有序列保守性。 MBD5 和 MBD6 是近親，它們可以在體內相互作用，并且在電泳遷移率變化測定中顯示可以結合甲基化探針。

　　雖然尚未將功能分配給 MBD5，但已顯示 MBD6 是異源四倍體遺傳雜種中核糖體 RNA 基因調控所必需的。在植物中，5-甲基胞嘧啶在 CG、CHG 和 CHH 序列環境中很常見。MBD 通常識別對稱甲基化的 CG 二核苷酸，但也有報道稱例外，例如 MeCP2，它也可以結合 mCA 位點。

　　該研究描述了兩種擬南芥甲基-CpG 結合域蛋白 MBD5 和 MBD6，它們通過識別 CG 甲基化被招募到染色質，并在不影響 DNA 甲基化水平的情況下冗余抑制基因和轉座子的子集。

　　這些甲基閱讀器招募了一種 J 結構域蛋白 SILENZIO，它在功能喪失和功能獲得實驗中充當轉錄抑制因子。J 域蛋白通常作為 HSP70 的共同伴侶。 事實上，該研究發現 SILENZIO 的保守 J 域基序是其與 HSP70 相互作用及其沉默功能所必需的。 這些結果揭示了分子伴侶 J 結構域蛋白在 DNA 甲基化下游的基因沉默中的前所未有的作用。

　　總之，這項工作確定了一種將 DNA 甲基化與 CG 甲基化標記的位點沉默聯系起來的途徑。甲基結合蛋白 MBD5 和 MBD6 的特征表明它們可能通過與動物中已知 MBD 蛋白不同的機制起作用。 J 結構域蛋白 SILENZIO 作為沉默效應子的鑒定進一步表明甲基化下游的基因抑制與分子伴侶活性有關，并且這種新途徑可能在不同的植物譜系中保守。