Ученые раскрыли механизм действия материнского белка Pramel15 в стимуляции деметилирования ДНК в зиготах мышей.
ДНК-метилтрансфераза 1 (DNMT1) — важная ДНК-метилтрансфераза, которая поддерживает метилирование ДНК. Сохранение DNMT1 и его кофактора UHRF1 в цитоплазме считается основной причиной пассивного деметилирования ДНК в ооците и на раннем эмбриональном этапе развития.
Однако механизмы, посредством которых регулируются DNMT1, UHRF1 и другие белки, а также то, как они играют соответствующие роли в процессе перепрограммирования метилирования ДНК, до сих пор не выяснены.
Новое исследование, проведенное исследовательской группой под руководством профессора Чжу Бина из Института биофизики Китайской академии наук, показало, что материнский фактор Pramel15 у мышей может опосредовать деградацию DNMT1 в зиготическом ядре, тонко регулируя содержание ядерного белка DNMT1.
Это исследование впервые показывает наличие протеасомозависимого регуляторного механизма для DNMT1 в раннем эмбриональном ядре, который способствует деметилированию ДНК зиготы после оплодотворения. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications .
Исследователи идентифицировали новый ген регуляции метилирования ДНК, Pramel15, из библиотеки ДНК мышиных ооцитов в своем предыдущем исследовании. Сверхэкспрессия Pramel15 в соматических клетках мешает поддержанию метилирования ДНК во время репликации ДНК, разрушая DNMT1.
Дальнейшие исследования на клетках HEK293 и эмбриональных стволовых клетках мышей показали, что Pramel15 действует как субъединица распознавания субстрата в комплексе убиквитинлигазы Cullin5 E3, способствуя деградации DNMT1 через убиквитин-протеасомный путь.
Создав мышей с нокаутом Pramel15 , исследователи обнаружили, что существует основной путь протеасомной деградации DNMT1, опосредованный Pramel15 в оплодотворенных яйцах. Полногеномное секвенирование метилирования ДНК (WGBS) ооцитов, оплодотворенных яиц и двухклеточных эмбрионов показало, что отсутствие Pramel15 приводит к случайному увеличению метилирования ДНК по всему геному.
Это указывает на то, что на раннем этапе эмбрионального развития , помимо транспортировки DNMT1 и UHRF1 и ограничения их цитоплазмой, также существует регуляторный механизм, опосредованный Pramel15, который контролирует уровни DNMT1 в ядре, что модулирует эффективность перепрограммирования метилирования ДНК.
Исследование показывает, что Pramel15 может регулировать уровни DNMT1 в ядре во время репликации ДНК в оплодотворенных яйцеклетках, тем самым способствуя перепрограммированию метилирования ДНК у ранних эмбрионов.
Это открытие отражает сложность регуляторных механизмов перепрограммирования метилирования ДНК у ранних эмбрионов и дает представление о том, как повысить эффективность индуцированного перепрограммирования клеток.
