武大学者证实微生物表观遗传系统相互影响
新闻网讯（通讯员严璨）国际著名综合期刊《美国科学院院刊》（ PNAS ）近日在线发表了药学院陈实教授课题组对微生物表观遗传的最新研究成果，解析了DNA磷硫酰化修饰与甲基化修饰两种代表性微生物表观遗传系统的相互影响。
论文题为 Convergence of DNA methylation and phosphorothioation epigenetics in bacterial genomes （《细菌基因组上DNA甲基化和磷硫酰化表观遗传修饰的汇聚》）。博士生陈超为第一作者，陈实为通讯作者。武汉大学邓子新院士、王连荣教授，麻省理工学院教授彼得.帝丹（Peter Dedon）参与该研究并给予了大力支持。该研究获得国家自然科学基金和“973”计划等项目资助。
早在1988年，邓子新与周秀芬等人发现变铅青链霉菌DNA在电泳时容易发生降解，后来发现这其实不是污染了核酸酶，而是一种特殊的DNA复制后修饰。在成功分离得到相关的基因簇以后，暗示这种修饰可能与硫相关。通过放射性硫喂养实验，他们确认了这种特殊修饰与硫直接相关。邓子新和彼得.帝丹进一步鉴定了这种修饰的化学本质是硫替换了DNA骨架上非桥联的氧原子，形成序列特异性。这是我国科学家自主开创的特色领域——空间构象专一性的磷硫酰化修饰。
陈实课题组继续研究发现，DNA磷硫酰化修饰是目前唯一发生在DNA骨架上的生理修饰，能够形成一套限制-修饰系统增强细菌抵抗外源DNA入侵的能力；而DNA甲基化修饰则是发生在碱基上的表观遗传，广泛参与限制-修饰、转录调控、肿瘤发生等生物学过程。这两套修饰系统都能够帮助宿主细胞抵御外来DNA入侵，但截然不同的基因组成、修饰特征使这两种系统一直被视作两条平行线。该研究证实这两种表观遗传修饰系统能够相互协同并相互影响，一方面可以共享相同的DNA核心序列，产生磷硫酰-甲基化的杂合双修饰。另一方面二者还相互干扰：如果DNA先发生磷硫酰化修饰，则后续甲基化修饰的效率被显著抑制；反之，甲基化修饰能够替代DNA磷硫酰化修饰的保护作用。
噬菌体、外源DNA入侵是细菌面临的重大环境压力，因此进化过程中产生了CRISPR-Cas、毒素-抗毒素等多种免疫防御系统，其中限制-修饰系统最为广泛。该研究解析了DNA 磷硫酰化与甲基化这两种代表性细菌免疫防御系统的相互关系，展现出微生物表观遗传和免疫防御体系的崭新一面，证明细菌限制-修饰系统之间为了相互适应而共同进化。这项工作是微生物表观遗传与生化药学领域取得的又一项重要成果，推进了对细菌免疫防御系统的深入认识，对病菌防治也能起到积极作用。
该研究是陈实继发现DNA磷硫酰化在细菌中广泛分布并量化存在、绘制弧菌DNA磷硫酰化修饰的基因组图谱，以及发展基因编辑系统的应用之后，取得的又一项系统性成果。课题组还应邀在 Medicinal Research Reviews （《药学研究综述》）和 Trends in Cell Biology （《细胞生物学趋势》）发表了综述文章。
▲DNA甲基化和DNA磷硫酰化限制修饰系统间的相互作用
论文连接：
http://www.pnas.org/content/early/2017/04/06/1702450114.full
（编辑：付晓歌）