近日，華南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院昆蟲科學(xué)與技術(shù)研究所教授馮啟理、副教授牛康康團(tuán)隊(duì)同合作者，在國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助下，在DNA高級(jí)結(jié)構(gòu)研究方面取得重要進(jìn)展。相關(guān)成果在線發(fā)表于《基因組生物學(xué)》（Genome Biology）。
基因組DNA甲基化修飾和G4結(jié)構(gòu)協(xié)同調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的分子機(jī)制模型。研究團(tuán)隊(duì)供圖
DNA分子在細(xì)胞中通常以A-T和G-C堿基配對(duì)的雙螺旋形式存在并發(fā)揮功能。但是，當(dāng)DNA序列中多個(gè)鳥嘌呤（G）連續(xù)重復(fù)出現(xiàn)時(shí)，可形成一種非典型的DNA高級(jí)結(jié)構(gòu)——G-四鏈體結(jié)構(gòu)（G-quadruplex，簡(jiǎn)稱G4）。研究顯示，G4結(jié)構(gòu)在細(xì)胞中的形成，具有組織特異性和動(dòng)態(tài)變化的特征。大量實(shí)驗(yàn)證明，DNA或RNA的G4結(jié)構(gòu)在細(xì)胞內(nèi)參與了基因轉(zhuǎn)錄、DNA復(fù)制、蛋白翻譯和端粒壽命等多種細(xì)胞活動(dòng)的調(diào)控。G4結(jié)構(gòu)對(duì)基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控被認(rèn)為是一種生物性狀表觀遺傳的調(diào)控機(jī)制。
馮啟理/牛康康團(tuán)隊(duì)多年來(lái)開展G4結(jié)構(gòu)的表觀遺傳調(diào)控機(jī)制研究。團(tuán)隊(duì)在前期研究中發(fā)現(xiàn)，G4結(jié)構(gòu)對(duì)生物的基因轉(zhuǎn)錄和發(fā)育具有重要的調(diào)控功能，且基因組中DNA 5mC甲基化修飾與G4結(jié)構(gòu)的形成存在顯著的負(fù)相關(guān)性。DNA甲基化修飾是基因轉(zhuǎn)錄的一種重要的表觀遺傳調(diào)控機(jī)制。
為了闡明DNA甲基化修飾與G4結(jié)構(gòu)形成這兩種基因轉(zhuǎn)錄表觀遺傳調(diào)控機(jī)制之間的關(guān)系以及二者在基因組水平上協(xié)同調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的分子機(jī)制，研究團(tuán)隊(duì)以家蠶和人類細(xì)胞為研究對(duì)象，聯(lián)合G4組學(xué)、甲基化修飾組學(xué)、染色質(zhì)開放組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)等多組學(xué)分析開展研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，G4結(jié)構(gòu)主要分布于染色質(zhì)開放區(qū)，并促進(jìn)基因的轉(zhuǎn)錄；基因組中那些啟動(dòng)子區(qū)含有G4結(jié)構(gòu)的基因的轉(zhuǎn)錄水平顯著比不具有G4結(jié)構(gòu)的基因的轉(zhuǎn)錄水平要高；增加基因組DNA 5mC甲基化修飾顯著抑制了基因組G4結(jié)構(gòu)的形成；通過(guò)敲除DNA甲基轉(zhuǎn)移酶基因降低基因組甲基化水平使得基因組G4結(jié)構(gòu)顯著增加，基因組整體基因轉(zhuǎn)錄水平增加。反之，過(guò)表達(dá)DNA甲基轉(zhuǎn)移酶基因?qū)е碌幕蚪M甲基化水平上升，使得基因組G4結(jié)構(gòu)顯著下降，基因組整體基因轉(zhuǎn)錄水平下降。
該研究提出了細(xì)胞基因組DNA甲基化修飾和G4結(jié)構(gòu)協(xié)同調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的分子機(jī)制模型，該模型解析了這兩種表觀遺傳調(diào)控機(jī)制對(duì)基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的相互協(xié)調(diào)關(guān)系，拓展了DNA甲基化修飾抑制基因轉(zhuǎn)錄的分子機(jī)制，并為理解G4結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)形成機(jī)制和表觀遺傳調(diào)控功能提供了新的解析。研究結(jié)果從基因組DNA G4結(jié)構(gòu)和甲基化修飾的表觀遺傳調(diào)控角度揭示了細(xì)胞在逆境和病變等過(guò)程中基因異常表達(dá)的分子機(jī)制。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1186/s13059-025-03678-4
本文鏈接：DNA高級(jí)結(jié)構(gòu)研究中取得重要進(jìn)展http://m.sq15.cn/show-11-23401-0.html
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