酵母模式生物研究表观遗传调控基因组稳定性的进展

基因组的遗传稳定性是维持正常的细胞复制、增殖和分化的关键。外源因素和内源因素造成的DNA损伤及其修复失败,是各种遗传疾病发生的根本原因。表观遗传调控(包括DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA)在DNA损伤修复和细胞周期调控方面发挥着重要的作用,也是维持基因组稳定性的基础。酵母作为单细胞真核生物,是最早开展表观遗传学研究的物种之一,特别是在DNA损伤修复和异染色质形成等方面的研究,为揭示遗传稳定性的本质提供了理论依据。国际上前期以酵母为模式生物研究表观遗传学的报道主要集中于组蛋白修饰领域;近期利用裂殖酵母作为模式生物研究RNAi指导的组蛋白修饰也有了一定的进展。文章以酵母作为模式生物,论述了表观遗传修饰在维持基因组遗传稳定性中的研究进展、作用机制和今后的发展趋势。

sgf73＋在裂殖酵母中的大规模遗传筛选

遗传相互作用(Genetic interaction,GI)直接提示了生物体内各个基因在功能上的关联性,为研究一个基因的潜在功能提供了线索。遗传筛选是研究基因遗传相互作用的重要方法。文章以SAGA(Spt-Ada-Gcn5 acetyltransferase)复合物去泛素化模块亚基基因sgf73+为查询基因,在裂殖酵母(Schizosaccharomyces pombe)中进行了大规模遗传筛选。结果显示,164个基因与sgf73+具有负遗传相互作用,42个基因具有正遗传相互作用。GO(Gene ontology)分析结果表明,这些基因富集于染色质修饰、DNA损伤修复、压力应答、RNA转录等生物过程。通过组蛋白修饰检测实验首次发现,sgf73+的缺失导致组蛋白H3K9、H4K16位点乙酰化水平下降,H3K4位点甲基化修饰水平上升。此外,系列稀释实验显示sgf73?菌株对DNA损伤试剂HU和CPT的敏感性提高,并且Sgf73参与高氧胁迫应答。这些结果显示sgf73+参与了染色质修饰、DNA损伤修复和高氧压力应答过程。

裂殖酵母SAGA复合物亚基Spt20参与钙调蛋白磷酸酶调节的Cl^-胞内平衡

SAGA(Spt-Ada-Gcn5acetyltransferase)复合物是真核生物中高度保守的蛋白复合体,参与转录激活、mRNA转运等诸多生物学过程。为了探究SAGA复合物亚基的潜在生物学功能,文章以裂殖酵母(Schizosac-charomyces pombe)SAGA复合物核心结构亚基Spt20为诱饵蛋白进行酵母双杂交筛选,获得了Ppb1蛋白。Ppb1是真核生物重要信号分子-钙调蛋白磷酸酶的催化亚基。酵母双杂交验证及免疫共沉淀实验均表明Spt20与Ppb1可以在体内发生蛋白相互作用。裂殖酵母ppb1+缺失突变体对高浓度Cl敏感,而spt20+缺失突变体则能抵抗高浓度的外源Cl,维持细胞的正常生长。荧光共定位分析表明,当外源Cl浓度升高时,Ppb1蛋白能够从细胞质迁移入核,与Spt20蛋白在细胞核内发生共定位。遗传分析显示,spt20+缺失可以抑制ppb1+缺失突变体对Cl高度敏感的表型,spt20+与ppb1+处于Cl平衡调节的同一通路,且spt20+位于ppb1+的下游。上述结果表明,spt20+缺失突变体耐受外源高浓度Cl,Spt20参与了钙调蛋白磷酸酶调节的Cl胞内平衡。在高等生物中胞内Cl浓度异常升高与心肌缺血/再灌注损伤等疾病的发生密切相关。鉴于Spt20在真核生物中高度保守,Spt20可能成为潜在的药物靶点应用于Cl失衡相关疾病的防治中。