首次揭示細菌表觀遺傳修飾的協同與互作

新聞網訊（通訊員嚴璨）國際著名綜合期刊《美國科學院院刊》（PNAS）近日在線發表了藥學院陳實教授課題組在微生物表觀遺傳學領域的最新研究成果，首次揭示了兩種截然不同的表觀遺傳修飾---DNA磷硫醯化修飾（簡稱硫修飾）和甲基化修飾在微生物細胞中的協同進化與互作。

論文題為Convergence of DNA methylation and phosphorothioation epigenetics in bacterial genomes（《細菌基因組上DNA甲基化和磷硫醯化表觀遺傳修飾的匯聚》）。博士生陳超為第一作者，陳實為通訊作者。該研究獲得國家自然科學基金和「973」計劃等項目資助。

據介紹，除DNA甲基化之外，細菌DNA的硫修飾也是細菌抵禦外源限制性所裝備的另一套全新的細胞防衛機制，然而彼此所防禦的限制性是完全獨立的。它們都能增強細菌抵抗外源DNA入侵的能力，但DNA甲基化修飾發生在鹼基上，而DNA硫修飾則發生在DNA骨架上。兩者具有截然不同的基因組成、修飾特徵，此前的研究中尚未發現它們存在相互影響。

該研究從探索甲基化與硫修飾的共享位點入手，結合體外實驗清晰證實這兩種截然不同的表觀遺傳修飾系統之間的協同與關聯性，彼此既可以共享相同的DNA核心序列，產生硫修飾-甲基化的雜合雙修飾，又彼此干擾或互相幫助。如果DNA先發生磷硫醯化修飾，則後續甲基化修飾的效率會受到顯著抑制；反之，甲基化修飾能夠替代DNA硫修飾行使相應的保護或防禦功能。

細菌為抵禦噬菌體或外源DNA的入侵常進化產生像CRISPR-Cas、毒素-抗毒素等多種免疫防禦系統，限制-修飾是最為廣泛應用的防禦系統。該研究所展示的DNA 硫修飾與甲基化修飾之間複雜又合作的相互關係，展現出微生物表觀遺傳和免疫防禦體系的嶄新一面，證明細菌不同限制-修飾系統之間為了相互適應而共同進化的本質，可能構成生命體更強勁的生命力，是微生物表觀遺傳學領域的一項新的重要成果。

此前，陳實課題組主持或參與的DNA硫修飾及相關領域的研究成果，相繼在PNAS（《美國科學院院刊》）、Nature Communications（《自然通訊》），Nucleic Acids Research（《核酸研究》）上發表。