01 文章背景簡介

泛素化是指泛素(一類低分子量的蛋白質(zhì))分子在一系列特殊的酶作用下,將細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)分類,從中選出靶蛋白分子,并對靶蛋白進(jìn)行特異性修飾的過程。這些特殊的酶包括泛素激活酶、結(jié)合酶、連結(jié)酶和降解酶等。同時,它也參與了細(xì)胞周期、增殖、凋亡、分化、轉(zhuǎn)移、基因表達(dá)、轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)、信號傳遞、損傷修復(fù)、炎癥免疫等幾乎一切生命活動的調(diào)控。

在哺乳動物中,DNA甲基化主要發(fā)生在CpG二核苷酸環(huán)境中的胞嘧啶-C5位點,在轉(zhuǎn)錄調(diào)控、異染色質(zhì)形成、X染色體失活、印記和基因組穩(wěn)定性等方面起關(guān)鍵作用。有三種活躍的DNA甲基轉(zhuǎn)移酶——DNMT3A,DNMT3B和DNMT1協(xié)同作用以建立和維持給定細(xì)胞的DNA甲基化,DNMT1主要負(fù)責(zé)將在DNA復(fù)制過程中產(chǎn)生的半甲基化CpG底物轉(zhuǎn)化為對稱的甲基化分子,這一過程稱為DNA維持甲基化。在DNA維持甲基化過程中,UHRF1(ubiquitin-like with phd and ring finger domains 1,泛素樣含PHD和環(huán)指域蛋白1)起著至關(guān)重要的作用,UHRF1是一種多結(jié)構(gòu)和功能性核蛋白。UHRF1在S期通過其結(jié)合半甲基化的能力加載到復(fù)制叉上CpGs(新復(fù)制DNA的產(chǎn)物)通過一個獨特的SRA結(jié)構(gòu)域和組蛋白H3尾巴與二甲基或三甲基化K9 (H3K9me2/3)或甲基化DNA連接酶1通過串聯(lián)都鐸結(jié)構(gòu)域和PHD結(jié)構(gòu)域的聯(lián)合作用。復(fù)制叉相關(guān)的UHRF1反過來泛素化組蛋白H3。通過與UHRF1、PCNA和泛素化H3的組合相互作用,DNMT1被招募到復(fù)制叉中。然而,這一過程是如何調(diào)節(jié)的還不是很清楚。

以前的許多研究都集中在調(diào)節(jié)DNMT1的表達(dá)及其對DNA甲基化的活性。例如,DNMT1的穩(wěn)定性和活性已顯示受翻譯后修飾的調(diào)控,包括磷酸化、乙酰化和甲基化以及通過RNA。然而,關(guān)于通過調(diào)節(jié)UHRF1來控制DNA甲基化的研究較少。在這方面,作為募集和激活DNMT1的因素,UHRF1可能是DNA甲基化調(diào)控的更敏感靶標(biāo)。最近的研究已經(jīng)確定,UHRF1是重編程幼稚胚胎干(ES)細(xì)胞和卵子發(fā)生過程中整個DNA甲基化的關(guān)鍵靶標(biāo)。在體細(xì)胞中,已知S期UHRF1的高表達(dá)與細(xì)胞增殖有關(guān),并且通常在癌細(xì)胞中被解除控制。然而,目前尚不清楚UHRF1在體細(xì)胞中是如何調(diào)控、確保在細(xì)胞分裂中DNA甲基化的忠實遺傳的。

已知SET8(也稱為PR-SET7、SETD8和KMT5A)可以催化組蛋白H4Lys20和包括p53在內(nèi)的非組蛋白的單甲基化(33)。SET8蛋白的表達(dá)是通過細(xì)胞周期來調(diào)控的,它在G1/S期被蛋白酶體降解。因此,SET8在G2/M和G1中高表達(dá)。在哺乳動物細(xì)胞中,SET8的缺失導(dǎo)致染色質(zhì)過早致密化、G2/M阻滯和DNA損傷修復(fù)缺陷。然而,尚不清楚SET8是否調(diào)節(jié)DNA甲基化。

Zhang H等人于2019年在《Nucleic Acids Res》雜志上(IF 11.147,生物1區(qū))發(fā)表了題為“SET8 prevents excessive DNA methylation by methylation-mediated degradation of UHRF1 and DNMT1”的文章。在本研究中,作者發(fā)現(xiàn)SET8通過甲基化依賴的蛋白降解,以細(xì)胞周期依賴的方式調(diào)控UHRF1。此外,SET8還調(diào)節(jié)DNMT1。本文表明,SET8是DNA甲基化的關(guān)鍵調(diào)控因子,通過控制DNA維持甲基化的軸,尤其是UHRF1,來確保DNA甲基化的穩(wěn)態(tài)。

02 所用到的主要方法

(1)蛋白質(zhì)印跡分析

(2)定量實時PCR

(3)免疫染色

(4)免疫共沉淀

(5)熒光激活細(xì)胞分選(FACS)分析

(6)EdU染色法

03 文章主要內(nèi)容摘要

在細(xì)胞分裂過程中,DNA甲基化的忠實遺傳需要DNMT1及其輔因子UHRF1。然而,這個軸是如何調(diào)控,以確保DNA甲基化穩(wěn)態(tài)仍然知之甚少。本文發(fā)現(xiàn):SET8是一種細(xì)胞周期調(diào)節(jié)的蛋白質(zhì)甲基轉(zhuǎn)移酶,它通過甲基化介導(dǎo)的泛素依賴降解來控制UHRF1和DNMT1的蛋白質(zhì)穩(wěn)定性,從而阻止DNA的過度甲基化。SET8在賴氨酸385處將UHRF1甲基化,這種修飾導(dǎo)致UHRF1的泛素化和降解。相反,LSD1通過去甲基化穩(wěn)定UHRF1和DNMT1。因此,SET8和LSD1很可能通過調(diào)節(jié)UHRF1水平而不是DNMT1水平來調(diào)節(jié)整體DNA甲基化。最后,本文證明了SET8在G2/M中下調(diào)UHRF1,在抑制DNMT1介導(dǎo)的甲基化上有作用。總之,本研究揭示了SET8在促進(jìn)DNA甲基化穩(wěn)態(tài)中的新作用,并確定UHRF1是通過動態(tài)蛋白甲基化調(diào)節(jié)DNA甲基化。