中國(guó)海洋大學(xué)在纖毛蟲(chóng)轉(zhuǎn)座子刪除機(jī)制方面取得新進(jìn)展 http://reabo.cn　 2024年10月30日　 來(lái)源：華禹教育網(wǎng) 　　2024年10月24日，在中國(guó)海洋大學(xué)建校100周年之際，海洋生物多樣性與進(jìn)化研究所原生動(dòng)物學(xué)團(tuán)隊(duì)的高鳳課題組在Nucleic Acids Research雜志發(fā)表了題為“GTSF1 is required for transposon silencing in the unicellular eukaryote Paramecium tetraurelia”（GTSF1是單細(xì)胞真核生物第四雙小核草履蟲(chóng)轉(zhuǎn)座子沉默所必需的）的研究論文。該研究首次對(duì)原生動(dòng)物中的GTSF1進(jìn)行了報(bào)道，發(fā)現(xiàn)其作為PIWI蛋白輔因子的作用是保守的，并揭示了其在纖毛蟲(chóng)轉(zhuǎn)座子刪除中的功能與作用機(jī)制，為深入了解真核生物轉(zhuǎn)座子抑制機(jī)制和演化過(guò)程提供了重要資訊。 　　轉(zhuǎn)座子存在于幾乎所有生物的基因組中，并占據(jù)極高的比例，在基因多樣性的形成與進(jìn)化過(guò)程中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。然而，轉(zhuǎn)座子對(duì)基因組的完整性與穩(wěn)定性存在很大的威脅，研究發(fā)現(xiàn)一百多種人類(lèi)遺傳病與轉(zhuǎn)座子相關(guān)。為了控制轉(zhuǎn)座子的活性，生物進(jìn)化出了多種轉(zhuǎn)座子抑制機(jī)制。piRNA通路是動(dòng)物生殖細(xì)胞中抑制轉(zhuǎn)座子的關(guān)鍵通路，通過(guò)指導(dǎo)形成異染色質(zhì)標(biāo)記或剪切轉(zhuǎn)座子產(chǎn)生的轉(zhuǎn)錄本，在轉(zhuǎn)錄或轉(zhuǎn)錄后水平抑制轉(zhuǎn)座子。 　　作為一大類(lèi)高度特化的單細(xì)胞真核生物，纖毛蟲(chóng)則采用了更加直接的方式實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)座子的抑制：在有性生殖過(guò)程中將轉(zhuǎn)座子從轉(zhuǎn)錄活躍的體細(xì)胞核里刪除，因此轉(zhuǎn)座子只保留在轉(zhuǎn)錄沉默的生殖核里。研究表明，這一轉(zhuǎn)座子的靶向刪除過(guò)程與piRNA通路相似，也是由PIWI蛋白、piRNA及保守的組蛋白甲基化復(fù)合體等協(xié)同介導(dǎo)完成的。這一獨(dú)特的現(xiàn)象為進(jìn)一步了解轉(zhuǎn)座子抑制機(jī)制的多樣性及其起源與演化過(guò)程提供了理想的實(shí)驗(yàn)材料。然而目前有關(guān)這一過(guò)程的分子機(jī)制仍存在大量科學(xué)問(wèn)題尚未解決。 　　　　　　圖1. GTSF1蛋白缺失對(duì)組蛋白甲基化H3K9me3與H3K27me3的影響 　　進(jìn)化所高鳳教授課題組前期與合作者一起，以纖毛蟲(chóng)模式生物—第四雙小核草履蟲(chóng)為材料，解析了其中組蛋白甲基化復(fù)合體—多梳蛋白抑制復(fù)合體PRC2的核心組分，揭示了PRC2與piRNA-PIWI復(fù)合體之間的相互作用，并探究了其在轉(zhuǎn)座子刪除過(guò)程中的作用機(jī)制。在此基礎(chǔ)上，課題組還對(duì)多種纖毛蟲(chóng)piRNA介導(dǎo)的轉(zhuǎn)座子刪除機(jī)制進(jìn)行了綜述，為轉(zhuǎn)座子與其宿主基因組之間的共同進(jìn)化提供了重要的見(jiàn)解。相關(guān)工作分別于2022、2023年發(fā)表在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊Cell Reports和Trends in Genetics上。 　　本研究進(jìn)一步聚焦該過(guò)程中piRNA的選擇性降解這一科學(xué)問(wèn)題進(jìn)行研究。在草履蟲(chóng)中，piRNA由生殖核基因組全局轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生，包括轉(zhuǎn)座子與非轉(zhuǎn)座子序列，后續(xù)通過(guò)與不含轉(zhuǎn)座子的母代體細(xì)胞核比對(duì)以識(shí)別并選擇性地降解非轉(zhuǎn)座子piRNA，僅保留轉(zhuǎn)座子piRNA，轉(zhuǎn)運(yùn)至新的體細(xì)胞核中指導(dǎo)轉(zhuǎn)座子的刪除，但如何實(shí)現(xiàn)非轉(zhuǎn)座子piRNA的選擇性降解仍然未知。 　　本研究鑒定到了與piRNA命運(yùn)決定相關(guān)的GTSF1。GTSF1與PIWI和PRC2相互作用，并與非轉(zhuǎn)座子piRNA-PIWI復(fù)合體上標(biāo)記的添加相關(guān)。缺失GTSF1時(shí)，非轉(zhuǎn)座子piRNA與母代體細(xì)胞核基因組比對(duì)后無(wú)法被標(biāo)記，亦不能被降解，導(dǎo)致由piRNA指導(dǎo)的PRC2復(fù)合體以及組蛋白甲基化（H3K9me3與H3K27me3）定位均發(fā)生改變，H3K9me3與H3K27me3在轉(zhuǎn)座子上的特異性富集分布消失，并進(jìn)一步導(dǎo)致轉(zhuǎn)座子刪除進(jìn)程變慢。該工作為進(jìn)一步探究piRNA的選擇與標(biāo)記提供了重要數(shù)據(jù)，也為解析纖毛蟲(chóng)中piRNA介導(dǎo)的轉(zhuǎn)座子刪除機(jī)制提提供了新資訊。 　　高鳳教授為該論文的通訊作者，第一作者為課題組博士畢業(yè)生王春荻，現(xiàn)于山東大學(xué)海洋學(xué)院任副研究員。該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)基金、嶗山實(shí)驗(yàn)室科技創(chuàng)新項(xiàng)目等資助。 　　　　　　　　　圖2. GTSF1在纖毛蟲(chóng)轉(zhuǎn)座子刪除中的作用機(jī)制 　　　　　高鳳教授（前排右二）和本文第一作者王春荻博士（前排左三） 　　通訊員：張川 　關(guān)于中國(guó)海洋大學(xué)更多的相關(guān)文章請(qǐng)點(diǎn)擊查看　 特別說(shuō)明：由于各方面情況的不斷調(diào)整與變化，華禹教育網(wǎng)（reabo.cn）所提供的信息為非商業(yè)性的教育和科研之目的，并不意味著贊同其觀點(diǎn)或證實(shí)其內(nèi)容的真實(shí)性，僅供參考，相關(guān)信息敬請(qǐng)以權(quán)威部門(mén)公布的正式信息為準(zhǔn)。