生物物理所等发现维持DNA甲基化基因沉默的新机制

近日，《美国国家科学院院刊》（PNAS）杂志在线发表了中国科学院生物物理研究所朱冰课题组的研究论文Roles of the CSE1L-mediated nuclear import pathway in epigenetic silencing。该研究发现CSE1L作为细胞中经典入核转运途径中的重要蛋白，是维持部分甲基化基因沉默所必需的，并进一步揭示细胞入核转运途径可以通过选择性地转运特定靶蛋白入核来维持特定基因沉默的生物学机制。

DNA甲基化介导的基因沉默是真核生物细胞基因表达调控的一种重要方式，对于调节生物体中基因的时间和空间的特异表达及维持基因组上转座元件和其它DNA重复序列的稳定性具有重要的作用。因此，探索并理解DNA甲基化介导基因沉默的发生、维持机制具有重要的意义。DNA甲基化介导基因沉默的发生与维持的机制主要包括DNA甲基化对特定转录因子结合DNA的抑制、依赖于甲基化CpG结合蛋白招募的组蛋白去乙酰化酶介导的组蛋白去乙酰化、序列特异性的抑制因子、组蛋白H3第9位赖氨酸的甲基化修饰及其他可以导致染色质紧致的蛋白等。

为了探索DNA甲基化基因沉默的维持机制，朱冰课题组建立了一个含有被DNA甲基化沉默的EGFP的报告细胞系，通过全基因组RNA干扰高通量筛选发现了一系列在维持DNA甲基化报告基因沉默中起重要作用的蛋白，并对其中的一个蛋白CSE1L进行了深入的研究。

CSE1L是细胞经典入核转运途径中的重要蛋白之一，负责输入蛋白家族importinα的出核转运。敲低或关闭CSE1L的表达，可以使被DNA甲基化沉默的报告基因激活，但并不直接改变报告基因和全基因组的甲基化水平。通过转录组分析发现部分被DNA甲基化沉默的内源基因也被选择性地激活，且这些基因中主要富集了依赖于组蛋白去乙酰化酶途径沉默的基因。进一步研究发现，在CSE1L表达被关闭时，组蛋白去乙酰化酶HDAC1、HDAC2、HDAC8的入核受到选择性抑制。该研究丰富了对基因沉默机制的调控机理的理解。

研究员朱冰与副研究员张珠强为论文的通讯作者，朱冰课题组博士生董强为论文的第一作者。中科院生态环境研究中心汪海林课题组和北京大学雷晓光课题组参与了研究。该研究得到国家自然科学基金委、科技部和中科院的项目支持。

　　CSE1L表达的关闭能选择性地抑制某些转录抑制子的入核，包括HDAC1、HDAC2、HDAC8等 (DONG Qiang et al., PNAS, 2018)。