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SET8誘導UHRF1和DNMT1降解、防止DNA過度甲基化

01 文章背景簡介

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

在哺乳動物中,DNA甲基化主要發生在CpG二核苷酸環境中的胞嘧啶-C5位點,在轉錄調控、異染色質形成、X染色體失活、印記和基因組穩定性等方面起關鍵作用。有三種活躍的DNA甲基轉移酶——DNMT3A,DNMT3B和DNMT1協同作用以建立和維持給定細胞的DNA甲基化,DNMT1主要負責將在DNA復制過程中產生的半甲基化CpG底物轉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和環指域蛋白1)起著至關重要的作用,UHRF1是一種多結構和功能性核蛋白。UHRF1在S期通過其結合半甲基化的能力加載到復制叉上CpGs(新復制DNA的產物)通過一個獨特的SRA結構域和組蛋白H3尾巴與二甲基或三甲基化K9 (H3K9me2/3)或甲基化DNA連接酶1通過串聯都鐸結構域和PHD結構域的聯合作用。復制叉相關的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被招募到復制叉中。然而,這一過程是如何調節的還不是很清楚。

以前的許多研究都集中在調節DNMT1的表達及其對DNA甲基化的活性。例如,DNMT1的穩定性和活性已顯示受翻譯后修飾的調控,包括磷酸化、乙酰化和甲基化以及通過RNA。然而,關于通過調節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甲基化調控的更敏感靶標。最近的研究已經確定,UHRF1是重編程幼稚胚胎干(ES)細胞和卵子發生過程中整個DNA甲基化的關鍵靶標。在體細胞中,已知S期UHRF1的高表達與細胞增殖有關,并且通常在癌細胞中被解除控制。然而,目前尚不清楚UHRF1在體細胞中是如何調控、確保在細胞分裂中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在內的非組蛋白的單甲基化(33)。SET8蛋白的表達是通過細胞周期來調控的,它在G1/S期被蛋白酶體降解。因此,SET8在G2/M和G1中高表達。在哺乳動物細胞中,SET8的缺失導致染色質過早致密化、G2/M阻滯和DNA損傷修復缺陷。然而,尚不清楚SET8是否調節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)發表了題為“SET8 prevents excessive DNA methylation by methylation-mediated degradation of UHRF1 and DNMT1”的文章。在本研究中,作者發現SET8通過甲基化依賴的蛋白降解,以細胞周期依賴的方式調控UHRF1。此外,SET8還調節DNMT1。本文表明,SET8是DNA甲基化的關鍵調控因子,通過控制DNA維持甲基化的軸,尤其是UHRF1,來確保DNA甲基化的穩態。

02 所用到的主要方法

(1)蛋白質印跡分析

(2)定量實時PCR

(3)免疫染色

(4)免疫共沉淀

(5)熒光激活細胞分選(FACS)分析

(6)EdU染色法

03 文章主要內容摘要

在細胞分裂過程中,DNA甲基化的忠實遺傳需要DNMT1及其輔因子UHRF1。然而,這個軸是如何調控,以確保DNA甲基化穩態仍然知之甚少。本文發現:SET8是一種細胞周期調節的蛋白質甲基轉移酶,它通過甲基化介導的泛素依賴降解來控制UHRF1和DNMT1的蛋白質穩定性,從而阻止DNA的過度甲基化。SET8在賴氨酸385處將UHRF1甲基化,這種修飾導致UHRF1的泛素化和降解。相反,LSD1通過去甲基化穩定UHRF1和DNMT1。因此,SET8和LSD1很可能通過調節UHRF1水平而不是DNMT1水平來調節整體DNA甲基化。最后,本文證明了SET8在G2/M中下調UHRF1,在抑制DNMT1介導的甲基化上有作用。總之,本研究揭示了SET8在促進DNA甲基化穩態中的新作用,并確定UHRF1是通過動態蛋白甲基化調節DNA甲基化。

聲明: 本文由入駐維科號的作者撰寫,觀點僅代表作者本人,不代表OFweek立場。如有侵權或其他問題,請聯系舉報。

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