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科研进展

 刘颖课题组在《Nature Cell Biology》报道DNA 6mA调控线粒体胁迫适应性的跨代遗传

 
线粒体是细胞内最重要的细胞器之一。细胞日常所需能量的90%以上都是由线粒体提供的。线粒体功能失常与人类很多重大疾病的发生发展密切相关。环境中有多种因素可能导致线粒体功能损伤,如微生物毒素、部分农药或抗生素。与此同时,细胞内产生的活性氧等也会对线粒体造成伤害。这些能够对线粒体造成损伤的因素统称为线粒体胁迫。鉴于线粒体的重要性和线粒体胁迫的广泛存在,生物是否在长期演化的过程中进化出了将线粒体胁迫信息传递给子代,从而使得子代能够更好地适应线粒体胁迫的机制呢?
 
2018年12月3日,北京大学分子医学研究所、北大-清华生命科学联合中心刘颖课题组在《Nature Cell Biology》在线发表题为“N6-methyldeoxyadenine is a transgenerational epigenetic signal for mitochondrial stress adaptation”的论文,报道秀丽隐杆线虫可以将亲代受到的线粒体胁迫信息通过DNA和组蛋白甲基化传递给子代,使得子代对线粒体胁迫有更好的适应性。
 
刘颖课题组在研究中发现,用线粒体抑制剂或者病原菌处理线虫造成其线粒体胁迫时,亲代线虫的发育延缓。但在相同的处理条件下,子代线虫的发育明显优于亲代,并且这种适应性在线粒体胁迫移除的情况下仍然能够维持传递4代。通过遗传学手段,刘颖课题组发现线粒体胁迫适应性的跨代遗传受到组蛋白H3K4me3和DNA 6mA两种甲基化修饰的调控。进一步研究发现子代建立的组蛋白和DNA甲基化通过修饰线粒体胁迫响应相关基因的启动子区,使得这些应激基因在子代遭遇线粒体胁迫时能够更快速高效地被启动,进而使得子代具备对线粒体胁迫更强的适应性。
 
 
线粒体胁迫使得亲代DNA 6mA甲基化水平升高并遗传至子代
 
DNA 6mA甲基化于2015年首次被证明存在于衣藻、线虫和果蝇基因组中,近两年来也相继有报道证实DNA 6mA甲基化形式存在于更高等的生物甚至是人类基因组中。然而,该修饰的生物学功能和调控机制仍不清楚。刘颖课题组首次发现DNA 6mA参与线粒体应激,并与组蛋白H3K4me3共同调控了线虫线粒体胁迫适应性的跨代遗传。
 
北京大学分子医学研究所、北大-清华生命科学联合中心博士后马成川为论文第一作者,刘颖研究员为论文通讯作者。北京大学分子医学研究所博士生牛荣在研究过程中作出了重要贡献。该研究获得了国家自然科学基金委、科技部国家重点研发计划及973计划、北大-清华生命科学联合中心、膜生物学国家重点实验室和HHMI国际研究学者项目的支持。马成川获得北大-清华生命科学联合中心博士后基金的支持。
 
 
亲代线虫遭受线粒体胁迫后通过蛋白和DNA甲基化将信息传递给子代,增强子代对胁迫环境的适应性
 
 




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