陈实课题组在微生物表观遗传领域取得系列突破

    期次:第267期   
       本报讯(通讯员严璨)Nature Communications(《自然·通讯》)4月11日在线发表了药学院陈实教授课题组关于古菌DNA磷硫酰化防御系统的最新研究成果。
       论文题为“A new type of DNA phosphorothioation-based antiviral system in archaea”(《古菌中新型依赖DNA磷硫酰化的抗病毒系统),熊磊博士、刘思怡、陈思博士、肖瑶为共同第一作者,通讯作者为陈实。
       古菌是最古老的生命体,与细菌、真核生物构成生命的“三域系统”,是一种独特的生命形式。细菌dndABCDE基因簇能用硫原子取代DNA骨架上的非桥联氧原子,形成序列特异性、空间构象专一性的磷硫酰化修饰。陈实课题组在古菌中发现了一组新型的pbeABCD基因簇,能够与DNA磷硫酰化修饰系统组成古菌的抗病毒防御系统,将DNA磷硫酰化限制-修饰的功能从抵御外源性质粒DNA扩展到抗病毒噬菌体。引人注意的是,PbeABCD抵御病毒入侵的功能依赖古菌基因组磷硫酰化修饰的激活,一旦基因组上丧失磷硫酰化修饰,PbeABCD的防御功能随之消失。这与以往发现的依赖蛋白-蛋白互作而发挥防御功能的机制不同,代表一种新型的依赖于DNA表观修饰的防御机制。
       该成果不仅深化了对DNA磷硫酰化修饰特征和生物学意义的认识,更将磷硫酰化系统的研究从细菌域拓展了到古菌域;丰富了其广泛分布性,并有助于解析其起源与进化,暗示该系统可能在远古时代就已存在;也深化了微生物防御系统多样性和复杂性的认识,为理解病毒-宿主之间的“军备竞赛”在塑造原核生物基因组中的重要性提供了新的线索。
       陈实课题组还与由德林教授合作优化了单分子实时测序对DNA磷硫酰化的识别,并以海洋弧菌FF75为模型对DNA磷硫酰化修饰位点进行了基因组水平的精细鉴定,发现了一系列独特的新特征:DNA磷硫酰化修饰在基因组上是以部分动态修饰的状态存在,表明DNA磷硫酰化修饰被严谨调控。课题组还进一步与Sang Yup Lee教授合作结合转录组并对照相应基因上的修饰位点、体外转录,阐明DNA磷硫酰化修饰可调控基因的转录。

       (“创新品牌”)