海七鳃鳗胚胎程序性 DNA 消除过程中组蛋白甲基转移酶的功能分析

《BMC Genomics》：Functional analyses of histone methyltransferases in sea lamprey embryos undergoing programmed DNA elimination

　　

摘要

背景

在早期胚胎发育过程中，海七鳃鳗（Petromyzon marinus）经历了一种剧烈的基因组重编程形式，其中特定染色体从体细胞祖细胞中被选择性消除。这些程序性消除事件有效地沉默了所有体细胞中这些染色体上的所有基因。之前在七鳃鳗和其他消除物种中的研究表明，在程序性消除期间，表观遗传沉默标记富集于生殖系特异性染色体上，这表明它们可能在消除过程中发挥重要作用。这些沉默标记包括组蛋白标记 H3K9me3 和 H4K20me3，它们分别由 KMT1A/SUV39 和 KMT5/SUV420 甲基转移酶沉积。为了测试这些甲基转移酶的七鳃鳗同源物是否有助于在消除的（微核化的）染色质上沉积沉默标记，以及这些标记是否有助于海七鳃鳗中高度协调的 DNA 消除过程，我们使用 Cas9 基因编辑、光片成像和 RNA 测序来调查它们在 DNA 消除以及更广泛的早期发育过程中的潜在作用。

结果

对四种组蛋白甲基转移酶的 CRISPR 敲减胚胎的分析表明，这些基因有助于在消除微核上沉积抑制性组蛋白标记，但对于程序性 DNA 消除本身并非必不可少。对后期胚胎发育阶段的分析表明，这些标记可能有助于生殖系特异性染色体的暂时沉默，并揭示了其对囊胚后生存和发育的主要影响。

结论

对七鳃鳗 KMT1 和 KMT5 基因的分析揭示了它们的相应组蛋白三甲基化途径在有颌脊椎动物中的强保守性，尽管经历了跨越数亿年演化的多次重复和丢失，以及其他表观遗传途径（包括程序性 DNA 消除）的演化。这些分析表明，尽管这些标记与不同脊椎动物谱系中的消除染色质共定位，但程序性 DNA 消除的机制对 H3K9 和 H4K20 三甲基化的丢失或减少具有稳健性。