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科研進展

何新建課題組發現組蛋白乙酰化酶復合體的植物特異亞基并揭示其作用的分子機制

發布時間:2021/03/18
在真核生物中,組蛋白N端賴氨酸位點的乙酰化修飾在基因轉錄、DNA復制以及DNA損傷修復等過程中至關重要。SAGA(Spt-Ada-Gcn5 acetyltransferase)復合體是一種進化保守的組蛋白乙酰基轉移酶復合體,其通過催化組蛋白乙酰化影響基因表達,從而參與多種生物學過程。目前,植物中對SAGA復合體的相關研究主要集中于其保守亞基的生物學功能,而對該復合體的亞基組成及發揮功能的分子機制知之甚少。
2021年3月15日, Molecular plant在線發表了北京生命科學研究所/清華大學生物醫學交叉研究院何新建課題組題為“Three functionally redundant plant-specific paralogs are core subunits of the SAGA histone acetyltransferase complex in Arabidopsis”的研究論文。該研究以擬南芥為實驗材料,全面地鑒定了SAGA復合體的組成亞基,并揭示了SAGA復合體調控擬南芥生長發育的分子機制。
該研究利用蛋白親和純化結合質譜技術(AP-MS)發現擬南芥SAGA復合體不僅包含保守亞基,還包含4個植物特異亞基,包括3個功能冗余的同源蛋白SCS1、SCS2A和SCS2B (SCS1/ 2A /2B)以及一個與TAF家族蛋白類似的TAFL蛋白。以往的研究認為,擬南芥SAGA復合體包括一個去泛素化酶模塊,該研究發現去泛素化酶模塊不是擬南芥SAGA復合體的組成部分。 另外,系統揭示了SAGA復合體、TFIID轉錄復合體、SWR1染色質重塑復合體以及NuA4組蛋白乙酰基轉移酶復合體的共享亞基(圖1)。

1. 利用AP-MS鑒定擬南芥中SAGA復合體的亞基組成


在擬南芥SAGA復合體中,SCS1/2A/2B突變會導致與保守亞基HAG1和ADA2B突變類似的發育缺陷,包括幼年期至成年期轉換滯后、延遲開花以及葉片毛狀體密度增加等。通過RNA-seq發現植物特異亞基SCS1/2A/2B與保守亞基HAG1和ADA2B能夠共同控制大量基因的表達,其中包括控制發育階段轉換和開花時間的基因SPL3和SOC1以及控制葉片毛狀體發育的基因TCL1、TCL2和ETC2等。此外,利用ChIP-seq在全基因組水平檢測了各突變對組蛋白乙酰化修飾的影響,發現植物特異亞基SCS1/2A/2B與保守亞基HAG1和ADA2B共同通過影響組蛋白H3的乙酰化水平調控發育相關基因的轉錄(圖2)。SCS1/2A/2B是SAGA復合體在組蛋白乙酰化修飾過程中發揮功能所必需, 同時也是乙酰基轉移酶HAG1被招募到發育調節基因上所必需。

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


綜上,這項研究全面鑒定了擬南芥SAGA復合體的組成亞基,發現了SAGA 復合體的植物特異亞基并揭示了其功能機制,發現了SAGA復合體調控擬南芥發育時期轉換、開花時間和葉毛發育的分子機制。這些研究表明,與其他真核生物的SAGA復合體相比,植物SAGA復合體進化出了獨特的特征,而這些特征是植物正常生長發育所必需的。

何新建課題組博士研究生吳嬋娟為該論文的第一作者,何新建研究員為通訊作者。其余作者包括劉真真、魏龍、周進興博士、蔡雪薇、蘇銀娜、李琳和陳涉研究員。該研究在北京生命科學研究所完成。



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