Science：提醒绒毡层siRNA让生殖系DNA甲基化机制

2021年7月9日讯/BIOON/---染色质的表观遗传修饰，如DNA胞嘧啶的甲基化，在动物和植物中完成调理信息跨代传达。表观遗传标志是通过生殖系遗传的，生殖系可以阅历影响生殖系功效的表观遗传重编程。哺乳植物生殖系会阅历全基因组的去甲基化和重甲基化，从而重置表观遗传标志并复原细胞的多能性。着花动物的生殖系分解晚于哺乳植物的生殖系，并阅历了共同的DNA甲基化重编程。在动物生殖细胞中曾经察看到全局甲基化程度的变动，以及调理生殖系基因表白的局部从头甲基化（de novo methylation）。然而，这种重编程的机制仍旧不分明，这限定了对动物组织特同性的跨代表观的懂得。

拟南芥雄性生殖系中的基因从头甲基化是由小RNA领导的DNA甲基化路径（RdDM）催化的。RdDM使用从源基因座（通常是转座子）转录的长24个核苷酸（nt）的小烦扰RNA（）来领导甲基转移酶对同源区域进行甲基化。RdDM在细胞中无处不在，通常对转座子进行甲基化。在一项新的研讨中，来自英国约翰内斯中间的研讨职员研讨了RdDM若何靶向生殖系中的基因，这种重编程若何局限于生殖系，以及若何选择数百个靶基因。相关研讨成果颁发在2021年7月2日的Science期刊上，论文题目为“Nurse cell-–derived small RNAs define paternal epigenetic inheritance in Arabidopsis”。

这些作者发现，在拟南芥中，数百个基因的生殖系特同性甲基化是由具备不完整序列同源性的高甲基化转座子转录的24nt siRNA树立的。应用CRISPR剔除siRNA源转座子会毁坏雄性减数决裂细胞（meiocyte）中响应基因的DNA甲基化，这标明这些siRNA可能通过错配反式靶向甲基化。此外，他们发现减数决裂细胞在24-ntsiRNA生物产生进程中是静止的，基因靶向性的siRNA在绒毡层滋养细胞（tapetal nurse cell）中发生并被保送到减数决裂细胞中。绒毡层细胞的siRNA谱与减数决裂细胞的siRNA谱类似，标明在减数决裂晚期，年夜量的siRNA通过连贯这些细胞的细胞质通道（称为胞间连丝）挪动。虽然基因靶向性的siRNA在绒毛层中的积聚程度与减数决裂细胞中的程度相称，但靶基因在绒毛层中没有甲基化，标明减数决裂细胞可以使用不完整婚配的siRNA来靶向DNA甲基化。

这些作者还发现，绒毛层中基因靶向性siRNA的生物产生是由一种假定的染色质重塑因子CLASSY3（CLSY3）驱动的。CLSY3在动物组织中不存在，但在雌性和雄性器官中富集。在雄性器官中，CLSY3在绒毛层细胞中特异表白。clsy3渐变打消了雄性减数决裂细胞以及精子中基因的从头甲基化，提醒了绒毛层siRNA在驱动整个雄性生殖系甲基化重编程中的作用。这一论断在应用遗传镶嵌体系展开的试验中获得了增强，该体系将siRNA生物产生限定在绒毛层内。在这种镶嵌体系中，绒毛层siRNA复原了雄性生殖系中特同性甲基化的基因和一切组织中由RdDM靶向的转座子的甲基化。这标明在从减数决裂细胞到精子中，绒毛层siRNA使得整个雄性生殖系中RNA领导的全体DNA甲基化。

绒毡层siRNA让生殖系DNA甲基化，图片来自Science, 2021, doi:10.1126/science.abh0556。

因为绒毛层siRNA在雄性生殖系中诱导转座子的甲基化，这些作者研讨了这些siRNA除了具备基因调控功效外，是否还具备缄默生殖系转座子的作用。他们发现绒毛层siRNA诱导Gypsy逆转录转座子（Gypsy retrotransposon, GP1）甲基化并阻止GP1表白，这标明绒毛层siRNA通过克制转座子确保生殖系基因组完全性。

综上所述，这项研讨提醒了绒毛层24-nt siRNA 在决议父本甲基化组方面的作用。绒毛层siRNA驱动生殖系基因的从头甲基化，并通过缄默转座子来保证基因组完全性。减数决裂细胞使用不婚配的24-nt siRNA诱导甲基化的才能使RdDM可能靶向与绒毡层中发生siRNA的转座子类似的序列。这应该无利于辨认和缄默新的转座子，从而标明减数决裂是基因组监控的一个症结阶段，并许可RdDM特同性地调理生殖系基因表白。绒毛层siRNA的普遍靶向才能相似于后活泼物性腺表白的piRNA（Piwi-interacting RNA，与Piwi卵白相作用的RNA），这标明特定的小RNA路径在节制动物和植物生殖系中的转座子和基因方面存在趋同的退化。（100医药网 100yiyao.com）

参考材料：

Jincheng Long et al. . Science, 2021, doi:10.1126/science.abh0556.

Rebecca A. Mosher. . Science, 2021, doi:10.1126/science.abj5020.