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DNA甲基化是表观遗传修饰的重要内容之一,它能引起DNA构象、染色质结构及DNA与蛋白质作用关系的改变,从而调控基因的表达。以往人们普遍认为DNA甲基化与基因沉默相关,但随着基因组DNA甲基化大规模分析的进行,发现转录活跃的基因存在高水平的DNA甲基化,而且这些高水平的DNA甲基化主要出现在基因编码区,这一发现使得我们需要重新认识DNA甲基化对基因表达调控的作用机制。 DNA甲基化是由DNA甲基转移酶催化完成的。在哺乳动物中DNA甲基转移酶根据作用底物的不同分为维持型和从头开始型。威廉姆斯综合症(Williams Syndrome)中缺失蛋白WBSCR22与维持型DNA甲基转移酶DNMT1在序列结构上类似。本论文研究发现WBSCR22具有DNA甲基转移酶活性,是一个维持型的DNA甲基转移酶。 WBSCR22在细胞内定位于核仁,与转录活跃状态的核糖体RNA基因相联系。减少内源WBSCR22蛋白会下调核糖体RNA基因转录水平,而过表达WBSCR22则促进核糖体RNA基因转录,表明WBSCR22是核糖体RNA基因转录的促进因子。 进一步的研究发现核糖体RNA基因编码区维持着高水平的DNA甲基化,而WBSCR22是在核糖体RNA基因编码区发挥它的DNA甲基转移酶活性,参与编码区高水平DNA甲基化的维持,同时使得编码区维持着H3K9me3、H3K27me3以及H4K20me3等抑制性组蛋白修饰。 用低浓度的放线菌素D阻止核糖体RNA基因转录的延长,发现编码区的WBSCR22减少以及编码区DNA甲基化水平下降。表明编码区高水平的DNA甲基化是核糖体RNA基因转录延长所必需的。 用DNA甲基转移酶抑制剂抑制DNA甲基化,能够同时降低启动子区和编码区DNA甲基化水平,然而核糖体RNA基因的转录水平并没有升高。表明仅有启动子区低水平的DNA甲基化还不足以完成核糖体RNA基因的转录过程,编码区高水平的DNA甲基化也是核糖体RNA基因转录所必需的。 在小鼠C2C12细胞分化系统中,核糖体RNA基因的转录存在自然下调过程。在这一过程中,WBSCR22的表达明显减少,核糖体RNA基因编码区DNA甲基化水平下调,与DNA甲基化协同出现的抑制性组蛋白修饰也明显下调,表明WBSCR22通过控制编码区DNA甲基化来调控核糖体RNA基因转录水平的机制存在于C2C12细胞分化过程中。 本论文研究表明WBSCR22是一个核仁蛋白,具有维持型DNA甲基转移酶的化学性质,通过维持基因编码区高水平的DNA甲基化以及相应的抑制性组蛋白修饰来确保转录的延长,从而促进核糖体RNA基因的转录。