本站訊 中國(guó)海洋大學(xué)海洋生物多樣性與進(jìn)化研究所宋微波院士團(tuán)隊(duì)內(nèi)高珊教授所領(lǐng)導(dǎo)的研究組以單細(xì)胞模式生物嗜熱四膜蟲(chóng)為研究對(duì)象，新近揭示了真核生物一種獨(dú)特的DNA N6-腺嘌呤甲基化酶（Adenine Methyltransferase 1, AMT1），并對(duì)其功能和作用機(jī)制進(jìn)行了深入研究，成果于2019年11月13日發(fā)表在領(lǐng)域著名刊物《Nucleic Acids Research（核酸研究）》上（https://doi.org/10.1093/nar/gkz1053）。
DNA N6-腺嘌呤甲基化（6mA）作為一潛在的表觀遺傳標(biāo)記，最近再度成為表觀遺傳學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。迄今的工作表明，不同物種中6mA的含量、分布及功能的差異巨大，體現(xiàn)出其在真核生物進(jìn)化過(guò)程中的多樣性和復(fù)雜性。其中，圍繞6mA酶學(xué)系統(tǒng)的探討，對(duì)于了解6mA的生物學(xué)功能及其在真核生物進(jìn)化過(guò)程中的角色具有重要意義。
作為一種優(yōu)秀的模式生物，四膜蟲(chóng)是最早報(bào)道含有6mA的真核生物之一。由于6mA是四膜蟲(chóng)基因組僅有的甲基化修飾，且含量明顯高于其它大多數(shù)真核生物，使四膜蟲(chóng)成為研究真核生物6mA的理想體系。近年來(lái)，高珊教授研究組先后繪制了全球首份單堿基分辨率的四膜蟲(chóng)6mA全基因組分布圖譜，揭示了四膜蟲(chóng)6mA的分布由序列特征（5’-AT-3’）和染色質(zhì)環(huán)境（富集在占位穩(wěn)定且含有H2A.Z的核小體的連接區(qū)，特異性分布在RNA轉(zhuǎn)錄酶II轉(zhuǎn)錄基因的5’端）共同決定，并由此提出6mA與基因轉(zhuǎn)錄、染色質(zhì)重塑等同為染色質(zhì)調(diào)控的重要組成這一學(xué)術(shù)新觀點(diǎn)。上述研究還充分表明四膜蟲(chóng)6mA是由專(zhuān)門(mén)的甲基化酶催化形成的，而非一種隨機(jī)非催化產(chǎn)物。這項(xiàng)成果于2017年發(fā)表在《核酸研究》上（https://doi.org/10.1093/nar/gkx883）。
在此工作基礎(chǔ)上，該研究組進(jìn)一步鑒定出四膜蟲(chóng)的甲基化酶AMT1（Adenine Methyltransferase 1），證實(shí)其屬于甲基化酶MT-A70蛋白家族的一個(gè)獨(dú)特分支。深入的研究發(fā)現(xiàn)：
1）AMT1及其酶催化活性對(duì)于6mA甲基化及細(xì)胞生長(zhǎng)至關(guān)重要：AMT1是一專(zhuān)門(mén)催化對(duì)稱(chēng)6mA的甲基化酶，對(duì)其敲除將導(dǎo)致嚴(yán)重的生長(zhǎng)發(fā)育缺陷；對(duì)酶活位點(diǎn)的特異突變也會(huì)造成生長(zhǎng)發(fā)育的障礙；而在ΔAMT1細(xì)胞中重新引入AMT1基因可完全拯救上述表型。
2）AMT1催化的6mA可塑造染色質(zhì)環(huán)境并影響轉(zhuǎn)錄：AMT1調(diào)控大量基因的表達(dá)，例如其可影響編碼Rab家族GTP酶的RAB46基因，導(dǎo)致ΔAMT1細(xì)胞出現(xiàn)巨型伸縮泡；AMT1催化的6mA傾向聚集于基因區(qū)的5’端，這一分布模式與轉(zhuǎn)錄激活因子H3K4甲基化及H2A.Z十分相似；6mA的大幅減少導(dǎo)致核小體定位度大幅下降。
3）AMT1屬于甲基化酶MT-A70蛋白家族的一個(gè)獨(dú)特分支：AMT1及其同源蛋白主要分布在原生生物及早期分化真菌中，與高6mA含量、ApT特異序列、RNA聚合酶Pol II轉(zhuǎn)錄高度相關(guān)；與之形成對(duì)比的是，上述特征在動(dòng)物、植物以及高等真菌中均缺失，這些物種中通常以另一個(gè)MT-A70蛋白家族METTL4的同源蛋白作為6mA甲基化酶。該研究顯示，二者在功能上拮抗與互補(bǔ)的特點(diǎn)，可能是推動(dòng)真核生物進(jìn)化的不同驅(qū)動(dòng)因素。
甲基化酶AMT1特定催化形成對(duì)稱(chēng)甲基化并調(diào)控四膜蟲(chóng)的生長(zhǎng)發(fā)育（Wang et al., 2019, Nucleic Acids Research, doi.org/10.1093/nar/gkz1053）
該項(xiàng)研究的第一完成人為博士生王媛媛、盛亞嵐和劉永強(qiáng)，通訊作者為高珊教授。項(xiàng)目先后得到國(guó)家自然科學(xué)基金優(yōu)青項(xiàng)目（31522051）、國(guó)家青年萬(wàn)人計(jì)劃項(xiàng)目以及山東省杰出青年基金（JQ201706）的聯(lián)合資助。
通訊員：張川
論文網(wǎng)址：https://doi.org/10.1093/nar/gkz1053
編輯：左偉
責(zé)任編輯：李華昌
