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MECP2是一种微卫星结合蛋白,可保护Ca重复来自核心侵袭

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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是羟甲基甲基化胞嘧啶 - 腺苷(CA)重复结合蛋白,其在距转录开始部位的距离处调节染色质架构(通过Zhou和Zoghbi参见透视图)。MECP2累积并在修饰的CA重复周围传播并竞争核小体占用。MECP2的丧失导致薄层相关结构域内的核心密度的广泛增加,以及富含Ca重复的基因的转录失调。这些结果阐明了Rett综合征的潜在分子机制,是与MECP2中突变相关的严重疾病。

科学,abd5581,这个问题p。eabd5581;另见ABJ5027,p。1390

结构化的抽象

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(罐)代表鼠标基因组的约1%,属于微卫星家族。它们广泛分布在整个基因组中,并且已被证明会影响附近基因的转录。我们最近的数据显示,可以在各种细胞类型中甲基化(MCAN)或羟甲基甲基化(HMCAN)。在寻找可以专门识别和绑定这些CA的蛋白质中,我们将MECP2识别为CA重复的特定读者。我们假设甲基化状态对于MECP2的识别和结合是必不可少的,可能通过识别具有不同亲和性的Ca重复的修饰的核苷酸,与其在转录调节中的神经元功能相关。

结果

在这里,我们显示在MBD系列中,MECP2是唯一专门识别和与CA重复结合的蛋白质,具有比MCG和MCA更强的亲和力。MECP2选择性地以股线特异性方式识别Ca重复DNA,并且需要至少五个连续的Ca二核苷酸以最佳地结合DNA。虽然MECP2可以在体外结合以改性和非副化的Ca重复,但它对通过DNA(胞嘧啶-5) - 甲基转移酶3a改性的羟甲基化的Ca重复令人印象深刻的选择性。仅当在Ca重复内时,改性的胞嘧啶用作MECP2累积和围绕重复扩散的成核点,这反过来又与核小核心排斥相关。此外,MECP2的丧失导致薄层相关结构域(LAD)内的核细胞体积密度的广泛增加,以及位于外侧的CA重复富集基因的转录中的失调。

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.,突变导致RETT综合征的关键MECP2残留物。

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,具体识别羟甲基甲基化的Ca重复。MECP2的耗尽改变了Ca重复和小伙子的染色质组织,并导致Ca重复和基因组转录的核心的核心积累。wt,野生型;ko,淘汰赛。

抽象的

Rett综合征蛋白MeCP2被描述为甲基- cpg结合蛋白,但其确切功能尚不清楚。在这里,我们发现小鼠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重复序列的染色质组织和层状相关结构域,并导致核小体在CA重复序列上的积累和全基因组转录失调。MeCP2与羟基甲基化CA重复的复合物的结构揭示了一种特征的DNA形状,在5-羟甲基胞嘧啶上有显著的改变,这是被Arg识别的133.这是一种关键的残基,其突变会导致Rett综合征。我们的工作确定了MeCP2作为一种微卫星DNA结合蛋白,以5hmc修饰的富含ca的链为靶点,并维持基因组区域的无核小体,这表明MeCP2在Rett综合征的功能障碍中发挥了作用。

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