【Nature Communi】植物表观大牛Steven Jacobsen组揭示植物DNA甲基化新机制

以下文章来源于Mol Plant植物科学 ，作者SCI Shi

2023年7月12日，Nature communications在线发表了美国加州大学洛杉矶分校Steven E. Jacobsen团队题为“The MOM1 complex recruits the RdDM machinery via MORC6 to establish de novo DNA methylation”的研究论文。该研究发现MOM1复合物成分可与MORC6蛋白和RdDM位点强共定位，并通过MORC6招募RdDM机制的Pol V臂，从而触发靶DNA的甲基化；揭示了MOM1复合物介导的沉默机制。

https://doi.org/10.1038/s41467-023-39751-4

转录沉默（Transcriptional silencing）对于控制真核生物基因组中的转座元件（TE）和DNA重复序列至关重要。转录沉默涉及几个复杂的机制，许多蛋白质以及DNA甲基化和组蛋白修饰。在拟南芥中，MOM1（MORPHEUS’ MOLECULE1）基因是转录沉默机制的一个独特组成部分；在mom1突变体中，一组主要位于端粒周围区域的TE被强烈激活，但DNA甲基化模式并没有显著变化。此外，在mom1突变体中也没有观察到位于染色中心的异染色质有明显的可见失活。这些结果表明MOM1介导的转录沉默并不依赖于主要的DNA甲基化；因此，MOM1介导的沉默机制仍然难以捉摸。

MOM1是一个2001氨基酸的大蛋白，与SWI2/SNF2家族蛋白的ATP酶结构域具有序列同源性。前期研究发现，MOM1可与PIAL1, PIAL2, PHD1和 AIPP3形成复合物。通过染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq），该研究发现 MOM1复合物成分可与MORC6蛋白和RdDM位点强共定位（Figure 1）。

Figure 1．MOM1复合物成分可与RdDM位点共定位

RdDM组分的ZF（人造锌指蛋白108）融合可在fwa突变体中沉默FWA的表达。该研究发现MOM1复合物组分的ZF融合能够触发DNA甲基化的建立，沉默fwa突变体中的FWA表达，并在其他ZF脱靶位点建立DNA甲基化。进一步研究发现，MOM1，特别是PIAL1/PIAL2，是MOM1复合物中的最下游因子，用于在FWA启动子处建立DNA甲基化（Figure 2）。

Figure 2．MOM1复合物ZF融合可触发FWA启动子的DNA甲基化和FWA表达沉默

基于以上结果，研究人员推测MOM1-ZF可通过募集RdDM机制介导FWA的DNA甲基化。这些结果将PIAL2-ZF和MOM1-ZF的作用置于DDR复合体的上游。通过将ZF- MOM1融合体转化为突变体，该研究发现这一过程被RdDM机制的Pol V臂的成分突变以及MICRORCHIDIA 6（MORC6）的突变所阻断；表明MOM1复合体可能部分通过PIAL2和MORC6之间的相互作用来招募MORC6，然后MORC6通过其与RdDM机制的互作触发FWA甲基化（Figure 3）。

Figure 3．MOM1-ZF通过MORC6招募RdDM机制的Pol V臂

此外，在mom1和pia1/2突变体中，FWA转基因的从头甲基化和沉默受到影响；表明MOM2、AIPP3和PHD1对FWA转基因的有效沉默贡献最小，而MOM1和PIAL1/2则贡献显著。同时，MOM1复合物有助于RdDM机制的内源性功能，并促进DNA甲基化和某些RdDM位点更封闭染色质状态的维持（Figure 4）。

Figure 4．MOM1复合物可影响内源性RdDM位点的DNA甲基化和染色质可及性

最后，ChIP-seq数据表明，虽然MOM1和PIAL2显示出对RdDM位点的强定位；但与RdDM机制相比，它们和MORC蛋白更富集于端粒周围区域。此外，研究人员在与MORC6共定位的基因附近的活性染色质上鉴定到一组MOM1峰，表明它们还存在独特的活性染色质位点。

综上所述，该研究发现MOM1复合物成分可与MORC6蛋白和RdDM位点强共定位，从而触发DNA甲基化，揭示了MOM1复合物的甲基化机制：MOM1复合物首先通过未知机制加载到RdDM靶位点上，以促进MORC6蛋白的结合；MORC6随后通过拓扑诱捕DNA以及直接与RdDM组分相互作用，增强募集RdDM机制的Pol V臂，从而使靶DNA甲基化，并成为束缚因子（tethering factor）（Figure 5）。

转自：“iPlants”微信公众号

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