RNA介導(dǎo)的DNA甲基化

1、RNARNA介導(dǎo)的介導(dǎo)的DNADNA甲基化甲基化RNA-directed DNA methylation: an epigenetic pathway of increasing complexity王 明 強(qiáng)2015717011江蘇省中國(guó)科學(xué)院植物研究所表觀(guān)遺傳表觀(guān)遺傳同卵雙生：奧利維亞和伊莎貝拉同卵雙生：奧利維亞和伊莎貝拉在基因的在基因的DNA序列不序列不發(fā)生改變的情況下，發(fā)生改變的情況下，基因表達(dá)水平與功能基因表達(dá)水平與功能發(fā)生改變，并產(chǎn)生發(fā)生改變，并產(chǎn)生可可遺傳遺傳的表型。的表型。 (1) 可遺傳可遺傳 (2) 可逆性可逆性 (3) DNA不變不變背景拉馬克學(xué)說(shuō)拉馬克學(xué)說(shuō)用進(jìn)廢退用進(jìn)廢

2、退獲得性遺傳獲得性遺傳Weismann的小鼠的小鼠達(dá)爾文學(xué)說(shuō)達(dá)爾文學(xué)說(shuō)物競(jìng)天擇物競(jìng)天擇適者生存適者生存背景DNARNA蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)中心法則及發(fā)展中心法則及發(fā)展表觀(guān)遺傳修飾表觀(guān)遺傳修飾 表觀(guān)遺傳修飾表觀(guān)遺傳修飾DNADNA甲基化甲基化組蛋白修飾組蛋白修飾siRNAsiRNA與與miRNAmiRNA介導(dǎo)的調(diào)控介導(dǎo)的調(diào)控基因組基因組印跡印跡X X染色體失活染色體失活染色體構(gòu)型重塑染色體構(gòu)型重塑RdDMsi RNA介導(dǎo)的介導(dǎo)的DNA甲基化（甲基化（RdDM）是植物表觀(guān)遺傳主要的途徑。）是植物表觀(guān)遺傳主要的途徑。RdDM需要一個(gè)的轉(zhuǎn)錄機(jī)制，包括兩個(gè)特定的植物需要一個(gè)的轉(zhuǎn)錄機(jī)制，包括兩個(gè)特定的植物RNA聚

3、合酶聚合酶IV、聚合酶聚合酶V和一些輔助蛋白。和一些輔助蛋白。典型的典型的RdDM通路通路非非典型典型的的RdDM通路通路RdDMRdDM-經(jīng)典途徑經(jīng)典途徑多種因子參與的多種因子參與的聚合酶聚合酶IV依賴(lài)性的依賴(lài)性的siRNA的生物合成的生物合成。聚合酶聚合酶V介導(dǎo)的從頭介導(dǎo)的從頭DNA甲基化或染色質(zhì)變化甲基化或染色質(zhì)變化，包括組蛋白修飾、核小，包括組蛋白修飾、核小體定位和高階染色質(zhì)構(gòu)象體定位和高階染色質(zhì)構(gòu)象目標(biāo)序列：目標(biāo)序列：轉(zhuǎn)座子及其它重復(fù)序列轉(zhuǎn)座子及其它重復(fù)序列RdDM-經(jīng)典途徑經(jīng)典途徑聚合酶聚合酶介導(dǎo)的介導(dǎo)的siRNA合成合成（SHH1）染色質(zhì)重塑蛋白）染色質(zhì)重塑蛋白 H3K9me和未

4、甲基化的和未甲基化的H3K4（RDR2）賴(lài)性）賴(lài)性RNA聚合酶聚合酶（DCL3）RNase -LIKE DsRNase（HEN1）RNA甲基轉(zhuǎn)移酶甲基轉(zhuǎn)移酶（AGO4）siRNAs結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白R(shí)dDM-經(jīng)典途徑經(jīng)典途徑聚合酶聚合酶V-介導(dǎo)的從頭甲基化介導(dǎo)的從頭甲基化SU（VAR）3-9甲基組蛋白家族甲基組蛋白家族DDR復(fù)合物復(fù)合物DRD1染色質(zhì)重塑蛋白染色質(zhì)重塑蛋白DMS 3染色質(zhì)支架蛋白染色質(zhì)支架蛋白R(shí)DM1單鏈甲基化單鏈甲基化DNA結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白KTF1 轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子DRM2 DNA甲基轉(zhuǎn)移酶甲基轉(zhuǎn)移酶IDN2 dsRNA結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白SWI / SNF 染色質(zhì)重塑復(fù)合物染色質(zhì)

5、重塑復(fù)合物HDA6 組蛋白去乙酰組蛋白去乙酰6JMJ14 JumonjiC型組蛋白去甲基型組蛋白去甲基UBP26泛素特異性蛋白酶泛素特異性蛋白酶26組蛋白修飾組蛋白修飾RdDM-經(jīng)典途徑經(jīng)典途徑典型的典型的RdDM通路通路RdDM-DNA甲基化的維持和動(dòng)態(tài)甲基化的維持和動(dòng)態(tài)CG和和CHG對(duì)稱(chēng)甲基對(duì)稱(chēng)甲基可以在可以在DNA復(fù)制后不依賴(lài)于復(fù)制后不依賴(lài)于siRNAs，而被，而被MET1和和CMT3維持甲基化維持甲基化CHH甲基甲基，不同于對(duì)稱(chēng)甲基化，則不會(huì)在兩個(gè)子不同于對(duì)稱(chēng)甲基化，則不會(huì)在兩個(gè)子DNA鏈中出現(xiàn)，鏈中出現(xiàn)，不能在沒(méi)有不能在沒(méi)有siRNAs引發(fā)下保持，引發(fā)下保持，DNA復(fù)制后都需要重新建

6、立復(fù)制后都需要重新建立植植 物物 CGCHGCHH動(dòng)動(dòng) 物物 CG沉默抑制子沉默抑制子1 REPRESSOR OF SILENCING 1 (ROS1) ，通過(guò)堿，通過(guò)堿基切除修復(fù)途徑參與積極基切除修復(fù)途徑參與積極去甲基化的去甲基化的DNA糖基化酶糖基化酶，優(yōu)先抵消，優(yōu)先抵消RdDM引起的甲基化。引起的甲基化。RdDM-非經(jīng)典途徑非經(jīng)典途徑非經(jīng)典途徑非經(jīng)典途徑miRNA與與tasiRNA的誘導(dǎo)的誘導(dǎo)DNA甲基化甲基化非經(jīng)典途徑非經(jīng)典途徑RDR6依賴(lài)依賴(lài)RdDMRdDM-生物角色生物角色RdDM轉(zhuǎn)座子的控制轉(zhuǎn)座子的控制病原體防御病原體防御基因組印記基因組印記應(yīng)激反應(yīng)應(yīng)激反應(yīng)表等位基因表等位基因生

7、殖生殖等位基因之間的聯(lián)系等位基因之間的聯(lián)系細(xì)胞間交流細(xì)胞間交流基因相互作用基因相互作用RdDM-轉(zhuǎn)座子的控制轉(zhuǎn)座子的控制擬南芥基因組中至少增加擬南芥基因組中至少增加4個(gè)轉(zhuǎn)座子，將會(huì)引發(fā)個(gè)轉(zhuǎn)座子，將會(huì)引發(fā)RdDM；當(dāng)內(nèi)源轉(zhuǎn)座子拷貝數(shù)增加，也會(huì)引起當(dāng)內(nèi)源轉(zhuǎn)座子拷貝數(shù)增加，也會(huì)引起RdDM。RdDM-病原體防御病原體防御RDR和和DCL蛋白可以把蛋白可以把RNA編碼的病毒為靶標(biāo)產(chǎn)生的編碼的病毒為靶標(biāo)產(chǎn)生的siRNA，然后催化病，然后催化病毒毒RNA的裂解，以限制病毒的復(fù)制和擴(kuò)散。的裂解，以限制病毒的復(fù)制和擴(kuò)散。DNA編碼的病毒也產(chǎn)生小分子編碼的病毒也產(chǎn)生小分子RNA，并受制，并受制RdDM。RdDM

8、-表等位基因表等位基因環(huán)境因素可以觸發(fā)在特定基因座表觀(guān)遺傳改變以產(chǎn)生表等位基因環(huán)境因素可以觸發(fā)在特定基因座表觀(guān)遺傳改變以產(chǎn)生表等位基因（epialleles），可以穩(wěn)定地遺傳到許多子代。），可以穩(wěn)定地遺傳到許多子代。RdDM-基因組印記基因組印記基因組印記發(fā)生在動(dòng)物和開(kāi)花植物，許多跡象表明，基因組印記與基因組印記發(fā)生在動(dòng)物和開(kāi)花植物，許多跡象表明，基因組印記與RdDM相關(guān)聯(lián)。相關(guān)聯(lián)。在擬南芥和水稻發(fā)育種子的許多位點(diǎn)聚合酶在擬南芥和水稻發(fā)育種子的許多位點(diǎn)聚合酶IV依賴(lài)的依賴(lài)的siRNA表表達(dá)是單親，印跡基因通過(guò)母系轉(zhuǎn)座子去甲基化建立基因達(dá)是單親，印跡基因通過(guò)母系轉(zhuǎn)座子去甲基化建立基因DEMETER差異去甲基化模式差異去甲基化模式RdDM-等位基因之間的聯(lián)系等位基因之間的聯(lián)系每個(gè)等位基因維持不同的表觀(guān)狀態(tài)，在副突變沉默等位基因主動(dòng)每個(gè)等位基因維持不同的表觀(guān)狀態(tài)，在副突變沉默等位基因主動(dòng)TGS通過(guò)傳輸給活躍的姐姐等位基因。通過(guò)傳輸給活躍的姐姐等位基因。RdDM-細(xì)胞間交流細(xì)胞間交流siRNAs還有助于核之間的通信。還有助于核之間的通信。轉(zhuǎn)座子沉默在花粉營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞的細(xì)胞核中釋放轉(zhuǎn)座子沉默在花粉營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞的細(xì)胞核中釋放siRNA移動(dòng)到精子細(xì)胞移動(dòng)到精子細(xì)胞產(chǎn)生，可能下一代的產(chǎn)生沉