新的蛋白复合物通过DNA甲基化调节RNA多聚腺苷酸化

iNature： 在真核生物基因组中，由表观遗传修饰介导的异染色质化影响邻近基因的表达，如启动子区的异染色质化通过抑制转录起始下调下游基因的表达。而转录区（如内含子区）的异染色质化通过何种途径影响基因的表达并不清楚。已知染色质调控因子ASI1和EDM2能够结合内含子区的异染色质组分控制该基因的RNA加工，从而保护了具有完整功能的全长转录本的正常表达，但对于ASI1和EDM2在该途径中如何协作并不清楚。Duan等通过蛋白质组学等方法鉴定到一个具有RNA识别结构域的新蛋白-AIPP1(ASI1 ImmunoprecipitationProtein 1)。AIPP1作为ASI1和EDM2之间的“桥梁”介导二者的互作，并在体内形成蛋白复合体，通过与多聚腺苷酸化途径的互作，调节内含子具有异染色质组分的基因的正常加工。

表观遗传标记比如DNA甲基化及组蛋白修饰广泛地涉及调节生物体的发育及环境应答（Chinnusamy and Zhu，2009）。而且，DNA甲基化及组蛋白修饰也常常可以沉默TE及重复元件（TREs）。TREs介导的targets沉默，对于target周围的基因表达具有重要的调控作用（Ma，2014）。真核生物在进化过程中形成了一套调控机制，通过调节沉默与抗沉默途径的平衡，精准调控基因的正常表达。最近，一些抗沉默因子陆续被鉴定出来，包括 enhanced downy mildew2 (EDM2)（Lei et al,2014; Tsuchiya and Eulgem, 2013）,anti-silencing 1 (ASI1)(Wang,2013),以及  increase in bonsai methylation 1 (IBM1)（Saze，2008），其中抗沉默因子ASI1及EDM2会涉及RNA 可变多腺苷酸化（APA）。多聚腺苷酸化对于真核生物mRNA的加工是必需的（Elkon，2013） ，可变位点的加工及poly（A）的添加，可以产生不同的转录本，这对于真核生物的基因调控至关重要。

EDM2抗沉默现象通过在一群包含有TRE的基因被确认，比如 Peronospora parasitica (RPP7)  and IBM1基因。非常的有意思，EDM2被发现具有同ASI1类似的现象。另外，让人感到复杂的是IBM1是H3K9去甲基化酶，可以抑制CHG甲基化，而且，全基因组甲基化数据分析可知，这三个突变体的hyper-DMR重叠区很高，这可能揭示了EDM2，ASI1及IBM1是具有相似抗沉默的途径。实际上，ASI及EDM2能够发挥具体的功能主要是通过影响IBM1的APA过程，进而产生其他相关表型。

EDM2与ASI1具有相似的功能，但是没有直接的证据可以表明EDM2同ASI1有相互作用。EDM2是否可能通过一个桥接蛋白同ASI1形成功能复合体，进而执行它们的功能，为了验证这一猜想，Duan等 通过蛋白质组学的方法，用含有ASI1-FLAG转基因做IP-MS，鉴定到了一个含有RRM domain的AIPP1（ASI1-Immunoprecipitated Protein 1）（Fig.1），通过酵母双杂及spilt-LUC确认了AIPP1可以同ASI1及EDM2相互作用。

Fig.1 AIPP1 的鉴定

同时，为了证实EDM2，ASI1及AIPP1可以形成complex， 通过gel filtration的方法可知，EDM2，ASI1及AIPP1能在440-670Kda形成复合体（Fig.2）,有意思的是，酵母三杂也证明了这三者可以形成complex。

Fig.2 ASI1, EDM2, and AIPP1 形成complex

AIPP1虽然可以同EDM2及ASI1形成complex，但是AIPP1是否也具有同EDM2及ASI1相似的功能，影响基因的APA过程呢？通过RNA-seq发现，在aipp1，确实影响了IBM1基因的APA作用（Fig.3），进而影响IBM1的功能，这种作用在EDM2及ASI1得到了很好的印证。除了IBM1被影响外，EDM2及ASI1作用的RPP7及AT3G05410基因也出现了类似的现象。

Fig.3  HC-TRE 基因的表达需要AIPP1

在edm2及asi1 methylome中，它们可以影响gene body的CHG methylation。故现在想知道，aipp1是否也可以有这样的功能呢。通过whole genome bisulfite sequence，发现aipp1的确是影响gene body的CHG metylation（Fig.4），同asi1及edm2的现象类似。

Fig.4 AIPP1 控制 gene body CHG甲基 45 32554 45 14939 0 0 1124 0 0:00:28 0:00:13 0:00:15 2985 45 32554 45 14939 0 0 1040 0 0:00:31 0:00:14 0:00:17 2942化

综合以上的实验结果，我们提出了以下的model（Fig.5），AIPP1，EDM2及ASI1形成功能复合体，促进HC-TRE包含基因的全长转录本的积累。但是，这个复合体是怎么同poly（A）complex联系在一起的，也可能是文章所说的AIPP2/3/CPL2相关的蛋白，但具体是什么样的蛋白，还得通过进一步的实验去验证。

Fig.5 工作模型

总而言之，这文章阐述了异染色质怎么影响RNA的加工过程，而且也发现了EDM2-ASI1-AIPP1形成复合物，来调节RNA的加工过程。

连线第一作者

iNature： 1.aipp1的hyper-DMR同edm2,ibm1,asi1的overlap 怎么样 您的文章里面没有相关的figure 提到过 

段成国： aipp1, asi1和edm2相互之间的DNA甲基化大约有70-80%的重叠，比例非常高，说明在影响DNA甲基化方面是在同一个遗传通路里。这是可以理解的，因为这三个蛋白都是通过影响IBM1的RNA加工从而间接影响CHG甲基化。

iNature：3.您觉得您的文章还有那些方面做得不完善？

段成国：我们虽然已经鉴定到ASI1-AIPP1-EDM2（AAE）蛋白复合体参与内含子有异染色质组分的基因的RNA加工，但是对于AAE复合体如何与PolyA加工机制联系起来，我们还没有研究清楚，这里面可能涉及很复杂的调控机制，需要进一步的探索。

iNature：3. AAE复合体介导的RNA加工机制有什么生物学意义？

段成国： 在真核生物中，内含子中插入转座子等易被表观遗传沉默的组件是一种非常普遍的现象，AAE复合体的存在保证了这一类基因全张转录本的正常表达，因此该途径是真核基因表达调控的一种重要形式，是对表观遗传介导的基因表达调控理论的重要创新。同时，RNA加工机制在植物逆境胁迫中发挥重要作用，而表观遗传修饰易受环境刺激的诱导，并且是可逆的。因此，AAE途径很可能参与调节逆境胁迫信号如何传递到下游胁迫响应基因并激活或抑制其表达，因而在植物的环境胁迫响应中发挥着重要而独特的作用。

致谢

谢谢段成国教授对于本文的一些错误进行及时的纠正。

通讯作者简介

朱健康及段成国为本文的共同通讯

Fig.6朱健康教授

朱教授在1983-1987年之间，在北京农业大学（现为中国农业大学）获得农业化学学士学位；而后1987-1990年，在美国加州大学河滨分校，获植物学硕士学位；1990-1993年，美国普度大学，获植物生理学博士学位；1994年，美国洛克菲勒大学，获分子生物学博士后；1995-1996年，美国奥本大学植物与微生物学系担任助理教授；1996-1998年，美国亚利桑那大学植物科学系担任助理教授；1999-2000年，美国亚利桑那大学植物科学系担任副教授、2000年提升为教授；2004-2007年，美国加州大学河滨分校植物学与植物科学系担任特聘教授、研究所所长；2007-2010年，美国加州大学河滨分校植物学与植物科学系担任Jane Johnson讲座教授；2010-至今，美国普度大学生物化学与园艺及园林系杰出教授；2010年，当选美国科学院院士，在美国科学院迄今为止总共2076名院士中，42岁的他是最年轻的一位。同时，他也是新中国成立后第二位在中国内地接受大学教育的美国科学院院士；2011年，入选首批中央“千人计划”顶尖人才团队，中国科学院上海植物逆境生物学研究中心首席科学家。现在涉及的方向主要有以下6方面

1）渗透胁迫的感应和信号传导
2）低温胁迫的感应和信号传导
3）耐盐和耐氧化的机制
4）RNA介导的DNA甲基化
5）DNA去甲基化及其调控

6）gene editing

朱教授在Nature，Cell，Science，Plant Cell，PNAS 等顶尖杂志发表了近200篇文章，其领导的实验室在植物抗旱、耐盐与耐低温方面的研究硕果累累，在国内外享有盛誉。

Fig.7 段成国教授

段成国教授于1997-2004年之间，在山东农业大学分别获得学士学位及硕士学位；2004-2008年，在中国科学院微生物研究所获得博士学位；2008-2011年，在中国科学院微生物研究所成为助理研究员；2011-2016年，在美国普渡大学做博士后；2016-至今，成为中国科学院上海植物逆境生物学研究中心研究员。现在段成国研究员的研究方向是植物逆境胁迫(生物与非生物逆境)的表观遗传响应机制，具体研究内容包括：

1）. 表观遗传途径介导的基因表达与RNA加工机制及其对植物生长发育与抗逆的调控；

2）. 植物非生物逆境胁迫响应过程中表观遗传途径（包括DNA甲基化、非编码RNA与组蛋白修饰等内容）的调控机制及其应用；

3）. 植物-病原（生物逆境胁迫）互作的表观遗传调控机制及抗性育种。

段成国教授是一个高产的研究员，最近几年，在Cell research，PNAS，Plos Genetics等杂志总共发表了27篇文章。

通讯作者的信息主要源自以下链接：http://www.psc.ac.cn/research.asp

参考文献

Chinnusamy V, Zhu J-K (2009) Epigenetic regulation of stress responses in plants. Curr Opin Plant Biol 12(2):133–139.

Ma L, Guo C, Li QQ (2014) Role of alternative polyadenylation in epigenetic silencing and antisilencing. Proc Natl Acad Sci USA 111:9–10.

 Lei M, et al. (2014) Arabidopsis EDM2 promotes IBM1 distal polyadenylation and regulates genome DNA methylation patterns. Proc Natl Acad Sci USA 111:527–532.

Tsuchiya T, Eulgem T (2013) An alternative polyadenylation mechanism coopted to the Arabidopsis RPP7 gene through intronic retrotransposon domestication. Proc Natl Acad Sci USA 110(37):E3535–E3543.

Wang X, et al. (2013) RNA-binding protein regulates plant DNA methylation by controlling mRNA processing at the intronic heterochromatin-containing gene IBM1. Proc Natl Acad Sci USA 110(38):15467–15472.

Saze H, Shiraishi A, Miura A, Kakutani T (2008) Control of genic DNA methylation by a jmjC domain-containing protein in Arabidopsis thaliana. Science 319(5862):462–465.

Elkon R, Ugalde AP, Agami R (2013) Alternative cleavage and polyadenylation: Extent, regulation and function. Nat Rev Genet 14(7):496–506.