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MeCP2是一种微卫星结合蛋白,保护CA重复免受核小体的侵袭

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科学2021年6月25日:
卷。372,问题6549,EABD5581
DOI:10.1126 / science.abd5581

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MeCP2结合羟基甲基化的CA重复

尽管对Rett综合征蛋白MECP2的研究数十年来,其功能仍然不清楚。易卜拉欣等等。表明MeCP2是一个羟甲基化的胞嘧啶-腺苷重复结合蛋白,在转录起始位点附近调节染色质结构(见Zhou和Zoghbi的展望)。MeCP2在修饰的CA重复周围积累和扩散,并竞争核小体的占据。MeCP2的缺失导致了核小体密度在层状相关区域的广泛增加和CA重复中富集的基因的转录失调。这些结果阐明了Rett综合征的潜在分子机制,这是一种与MeCP2突变相关的严重疾病。

科学,abd5581,这个问题p。EABD5581.;另见ABJ5027,p。1390

结构摘要

介绍

Rett综合征是一种严重的神经发育障碍,主要是由甲基-CPG结合蛋白2基因的突变引起的(MECP2).最初,MECP2被鉴定为通过其甲基结合结构域(MBD)与甲基化CpG(MCG)结合的基本脑蛋白质,并用作转录压缩机。然而,在早期大脑发育期间,MECP2的产后积累是羟甲基胞嘧啶(HMC)和甲基化CPA(MCA)的基因组宽高液体积累,表明MECP2还可以识别和结合含有这​​些修饰的核苷酸的DNA序列。

MECP2识别MCA和HMC以及MCG的能力导致了关于其在转录调节中的功能的相互矛盾的结论,因为这些胞嘧啶修饰与镇压(MCA和MCG)或转录的激活(HMC)相关。MECP2目标序列的明确识别将有助于澄清此问题。

理由

CA重复序列(CAn)占小鼠基因组的1%,属于微卫星家族。它们在整个基因组中广泛分布,并已被证明会影响附近基因的转录。我们最近的数据显示,在各种类型的细胞中CAn被甲基化(mCAn)或羟甲基化(hmCAn)。在寻找能够识别并结合这些CA重复序列的蛋白质时,我们发现MeCP2是CA重复序列的一个特定解读器。我们推测,CAn的甲基化状态对MeCP2的识别和结合至关重要,可能是通过识别具有不同亲合力的CA重复序列中的修饰核苷酸,这与它在转录调控中的神经元功能相关。

结果

在这篇研究中,我们发现在MBD家族中,MeCP2是唯一能够识别并结合CA重复序列的蛋白质,其亲和力比mCG和mCA强得多。MeCP2具有选择性地识别CA重复DNA,并且至少需要5个连续的CA二核苷酸来最佳地结合DNA。虽然MeCP2可以在体外结合修饰过的和未修饰的CA重复,但它对羟基甲基化的CA重复表现出令人印象深刻的选择性,羟基甲基化的CA重复是由DNA(胞嘧啶-5)甲基转移酶3A修饰的。只有当位于CA重复序列中时,修饰的胞嘧啶才成为MeCP2积累和散布在重复序列周围的成核点,而这反过来又与核小体排斥相关。此外,MeCP2的缺失导致了层状相关域(lad)内核小体密度的广泛增加,以及位于lad外的CA重复富集基因的转录失调。

我们还通过求解MECP2与HMCAN的络合物的晶体结构来解释MECP2羟甲基化的CA重复识别的分子基础。CA重复产生明确定义的DNA形状,具有相当多样的几何形状,包括恰好在修改位点的加宽的主槽和负辊参数。我们表明羟甲基甲基化的CA的分子识别通过arg特定地进行133.这是一种关键的MeCP2残基,它的突变导致了Rett综合征。

结论

我们的作品将MECP2识别为羟甲基化的Ca重复DNA结合蛋白,其靶向富含5HMC-CA的序列,其特异性位于一股上。我们的数据在分子水平中提供了Rett综合征的起源,表明这种神经发育障碍可以被视为染色质疾病,这些疾病源于突变体MeCP2的无能结合和保护来自核小体侵袭的Ca重复。我们的成果开放了以前未开发的研究领域,重点是了解特定蛋白质与未知病因的神经遗留物中的特定蛋白质和其他重复的作用。

Rett综合征蛋白MeCP2是微卫星Ca重复结合蛋白调节染色质架构。

MeCP2是一种微卫星结合蛋白,专门识别羟甲基化CA重复。MeCP2的缺失改变了CA重复和lad的染色质组织,导致CA重复上的核小体积累和全基因组转录失调。WT,野生型;KO,淘汰赛。

摘要

将Rett综合征蛋白MeCP2描述为甲基CpG结合蛋白,但其确切的功能仍然未知。在这里,我们表明小鼠MECP2是微卫星结合蛋白,具体识别羟甲基甲基化的Ca重复。MECP2的耗尽改变了Ca重复和薄层相关结构域的染色质组织,并导致Ca重复和基因组转录的核心的核心积累。与羟甲基化的CA复合物的MECP2的结构揭示了特征性DNA形状,在5-羟甲基甲基胞嘧啶处具有显着的修饰几何形状,其特异性地通过ARG认识到133.,突变导致Rett综合征的关键残留物。我们的作品将MECP2识别为微卫星DNA结合蛋白,其靶向5HMC改性的Ca-Riched Sland并保持基因组区域无核细胞,这表明MeCP2功能障碍在Rett综合征中的作用。

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