近日，学校生物学院王涛、董江丽团队在国际一流期刊《分子植物》(Molecular Plant) 在线发表了题为 “组蛋白甲基转移酶SUVR2通过染色质重塑和液–液相分离促进DSB修复” (Histone Methyltransferase SUVR2 Promotes the DSB Repair via Chromatin Remodeling and Liquid–Liquid Phase Separation) 的研究论文, 揭示了植物特异的组蛋白甲基转移酶SUVR2通过使染色质结构致密化和组装 “DNA修复小体 (DNA repair body)” 维持基因组稳定性的重要新机制。

论文信息

细胞每天可能经历多达105个由内源性和外源性因素引起的DNA损伤。受损的DNA模版导致错误的复制和转录, 进而引发早衰、发育缺陷、不育、肿瘤甚至致死等严重后果。为保证基因组信息的稳定遗传, 真核生物进化出染色质重塑系统与DNA损伤应答 (DNA-damage response, DDR) 系统协调促进DNA修复。DNA损伤的快速发生及不可预知等特性, 要求真核生物的修复系统反应精准且灵敏。那么DNA修复成员如何快速访问损伤位点？复杂的修复成员又是如何协调高效工作的？这些问题一直是研究热点，但其分子机制尚未被阐明。

本研究以截形苜蓿中组蛋白甲基转移酶MtSUVR2为研究对象, 证实了MtSUVR2对于维持植物根尖干细胞区域的基因组的稳定性发挥重要作用。当细胞核内发生DNA双链断裂 (DNA double strand breaks, DSBs) 时, MtSUVR2在基因组未受损伤的区域通过H3K9甲基化修饰使染色质结构致密化, 以抵抗DNA损伤因素。而在DSBs位点处, MtSUVR2则会驱动同源重组 (Homologous recombination, HR) 修复途径的关键重组酶MtRAD51发生液–液相分离组装成 “DNA修复小体 (DNA repair body)”, 这种液滴微环境增加了MtRAD51蛋白的稳定性, 保证DSBs修复反应的区格化, 提高同源重组修复效率。

深入研究发现MtSUVR2蛋白铰链区中的内在无序区 (Intrinsically disordered regions) IDR1与C末端的低复杂度结构域 (Low complexity domain) LCD共同决定MtSUVR2的相分离。而与MtRAD51 互作的则是MtSUVR2的另一个内在无序区IDR2。

有趣的是，相分离潜力分析结果显示: 在拟南芥、大豆、百脉根及截形苜蓿四个物种中, SUVR亚家族78.7%的成员具有相分离潜力, 而RAD51同家族DNA修复相关成员均不具有相分离潜力, 说明液–液相分离促进HR修复的机制在植物中普遍存在。该研究发现了植物DNA损伤后快速修复的新机制, 为理解纷繁复杂的修复蛋白如何在细胞核有限的空间内高效协调工作提供了新思路。

机制示意图

学校生物学院博士研究生刘倩雯为论文第一作者, 中国农业大学生物学院董江丽教授和王涛教授为共同通讯作者。内蒙古大学牛一丁教授也参与了该研究工作。本研究获得内蒙古科技重点项目 (2021ZD0031), 牧草与特色作物生物学教育部重点实验室开放基金 (FECBOF2021001) 和国家自然科学基金 (NFSC, 32070272) 的支持。

原文链接:https://doi.org/10.1016/j.molp.2022.05.007

供稿：生物学院

供图：生物学院

编辑：孟祥慈

责编：于哲