7月24日,，國際著名學(xué)術(shù)期刊《GENES & DEVELOPMENT》在線發(fā)表了題為“Impaired replication elongation in Tetrahymena mutants deficient in histone H3 Lys 27 monomethylation”的研究論文，該研究成果由中國科學(xué)院水生生物研究所原生動物功能基因組學(xué)學(xué)科組與美國密歇根大學(xué)劉一凡實驗室合作完成,。
在真核細胞中,，核DNA被包裝成染色質(zhì),，以核小體為基本單元。核小體通常包含長度約為200bp的 DNA和組蛋白核心,，因此,，除了攜帶DNA具有的遺傳信息外，核小體還具有大量的表觀遺傳信息,，其中又以組蛋白翻譯后修飾為主,。近年來的研究表明，組蛋白修飾及相關(guān)酶類（包括乙?；?、去乙酰化酶和甲基轉(zhuǎn)移酶等）在DNA復(fù)制中具有重要作用且與癌癥等人類疾病密切相關(guān),，但對于表觀遺傳信息與DNA復(fù)制之間的關(guān)系,，尤其是表觀遺傳因子對DNA復(fù)制延伸的影響等方面還知之甚少。
自2011年起,，水生所繆煒研究員和密歇根大學(xué)劉一凡教授（共同通訊作者）帶領(lǐng)的團隊,，利用模式生物嗜熱四膜蟲，在鑒定到一個甲基轉(zhuǎn)移酶TXR1基因并證明其負責(zé)組蛋白H3第27號賴氨酸單甲基化這一功能的基礎(chǔ)上,，進一步發(fā)現(xiàn)該基因缺陷型細胞株將受到嚴重的DNA復(fù)制壓力（如：產(chǎn)生大量的單鏈DNA,、異常的DNA復(fù)制中間產(chǎn)物、顯著激活DNA損傷應(yīng)激通路等）,；同時利用高通量測序?qū)σ吧秃蚑XR1敲除株細胞中的單鏈DNA的深入分析表明,，DNA復(fù)制起點附近是受到DNA復(fù)制壓力的熱點區(qū)域，進而建立了根據(jù)單鏈DNA的位置預(yù)測四膜蟲全基因組DNA復(fù)制起點的新方法,；進一步對基因互作的研究表明TXR1基因可作用于Proliferating Cell Nuclear Antigen (PCNA)，而PCNA直接參與了DNA復(fù)制且在DNA復(fù)制延伸中具有重要作用,。因此推測,，四膜蟲是通過組蛋白H3第27號賴氨酸的單甲基化與PCNA的相互作用來影響DNA復(fù)制延伸的。
該研究成果首次發(fā)現(xiàn)了單細胞真核生物中組蛋白H3第27號賴氨酸單甲基化與DNA復(fù)制延伸間的關(guān)系,，不僅證實了真核生物中組蛋白修飾與DNA復(fù)制間保守通路的存在,，而且對真核生物DNA復(fù)制起點的鑒定及其識別機制的研究具有重要意義。
水生所熊杰博士和密歇根大學(xué)高珊博士是該論文的并列第一作者,。這是水生所繆煒實驗室繼今年3月與美國學(xué)者合作揭示四膜蟲交配型決定分子基礎(chǔ)（Plos Biology,，2013，11(3)：e1001518）后在四膜蟲研究中的又一重要研究成果,。（生物谷Bioon.com）
doi:10.1101/gad.218966.113
PMC:
PMID:
Impaired replication elongation in Tetrahymena mutants deficient in histone H3 Lys 27 monomethylation
Shan Gao1,10, Jie Xiong2,3,10, Chunchao Zhang4, Brian R. Berquist5, Rendong Yang6, Meng Zhao6, Anthony J. Molascon1, Shaina Y. Kwiatkowski1, Dongxia Yuan2, Zhaohui Qin6,7, Jianfan Wen3, Geoffrey M. Kapler5, Philip C. Andrews4,8,9, Wei Miao2,11 and Yifan Liu1,11
Replication of nuclear DNA occurs in the context of chromatin and is influenced by histone modifications. In the ciliate Tetrahymena thermophila, we identified TXR1, encoding a histone methyltransferase. TXR1 deletion resulted in severe DNA replication stress, manifested by the accumulation of ssDNA, production of aberrant replication intermediates, and activation of robust DNA damage responses. Paired-end Illumina sequencing of ssDNA revealed intergenic regions, including replication origins, as hot spots for replication stress in ΔTXR1 cells. ΔTXR1 cells showed a deficiency in histone H3 Lys 27 monomethylation (H3K27me1), while ΔEZL2 cells, deleting a Drosophila E(z) homolog, were deficient in H3K27 di- and trimethylation, with no detectable replication stress. A point mutation in histone H3 at Lys 27 (H3 K27Q) mirrored the phenotype of ΔTXR1, corroborating H3K27me1 as a key player in DNA replication. Additionally, we demonstrated interactions between TXR1 and proliferating cell nuclear antigen (PCNA). These findings support a conserved pathway through which H3K27me1 facilitates replication elongation.
