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何新建課題組發現組蛋白乙酰化酶複合體的植物特異亞基並揭示其作用的分子機制

發布時間:2021/03/18
在真核生物中,组蛋白N端赖氨酸位点的乙酰化修饰在基因转录、DNA复制以及DNA损伤修复等过程中至关重要。SAGA(Spt-Ada-Gcn5 acetyltransferase)复合体是一种进化保守的组蛋白乙酰基转移酶复合体,其通过催化组蛋白乙酰化影响基因表达,从而参与多种生物学过程。目前,植物中对SAGA复合体的相关研究主要集中于其保守亚基的生物学功能,而对该複合體的亞基組成及发挥功能的分子机制知之甚少。
2021年3月15日, Molecular plant在线发表了北京生命科學研究所/清华大学生物医学交叉研究院何新建课题组题为“Three functionally redundant plant-specific paralogs are core subunits of the SAGA histone acetyltransferase complex in Arabidopsis”的研究论文。该研究以拟南芥为实验材料,全面地鉴定了SAGA复合体的组成亚基,并揭示了SAGA复合体调控拟南芥生长发育的分子机制。
该研究利用蛋白亲和纯化结合质谱技术(AP-MS)发现拟南芥SAGA复合体不仅包含保守亚基,还包含4个植物特异亚基,包括3个功能冗余的同源蛋白SCS1、SCS2A和SCS2B (SCS1/ 2A /2B)以及一个与TAF家族蛋白类似的TAFL蛋白。以往的研究认为,拟南芥SAGA复合体包括一个去泛素化酶模块,该研究发现去泛素化酶模块不是拟南芥SAGA复合体的组成部分。 另外,系统揭示了SAGA复合体、TFIID转录复合体、SWR1染色质重塑复合体以及NuA4组蛋白乙酰基转移酶复合体的共享亚基(圖1)。

1. 利用AP-MS鑒定擬南芥中SAGA複合體的亞基組成


在拟南芥SAGA复合体中,SCS1/2A/2B突变会导致与保守亚基HAG1和ADA2B突变类似的发育缺陷,包括幼年期至成年期转换滞后、延迟开花以及叶片毛状体密度增加等。通过RNA-seq发现植物特异亚基SCS1/2A/2B与保守亚基HAG1和ADA2B能够共同控制大量基因的表达,其中包括控制发育阶段转换和开花时间的基因SPL3和SOC1以及控制叶片毛状体发育的基因TCL1、TCL2和ETC2等。此外,利用ChIP-seq在全基因组水平检测了各突变对组蛋白乙酰化修饰的影响,发现植物特异亚基SCS1/2A/2B与保守亚基HAG1和ADA2B共同通过影响组蛋白H3的乙酰化水平调控发育相关基因的转录(圖2)。SCS1/2A/2B是SAGA复合体在组蛋白乙酰化修饰过程中发挥功能所必需, 同时也是乙酰基转移酶HAG1被招募到发育调节基因上所必需。

2. SCS1/2A/2B和其它SAGA亞基通過組蛋白乙酰化修飾控制基因表達


综上,这项研究全面鉴定了拟南芥SAGA复合体的组成亚基,发现了SAGA 复合体的植物特异亚基并揭示了其功能机制,发现了SAGA复合体调控拟南芥发育时期转换、开花时间和叶毛发育的分子机制。这些研究表明,与其他真核生物的SAGA复合体相比,植物SAGA复合体进化出了独特的特征,而这些特征是植物正常生长发育所必需的。

何新建课题组博士研究生吴婵娟为该论文的第一作者,何新建研究员为通讯作者。其余作者包括刘真真、魏龙、周进兴博士、蔡雪薇、苏银娜、李琳和陈涉研究员。该研究在北京生命科學研究所完成。



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