Eine Studie veröffentlicht In Natur am 4. Juli von Prof. Zhu Bing vom Institut für Biophysik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat Licht auf den konservierten Mechanismus geworfen, der für die Initiierung von perizentrischem Heterochromatin bei Wirbeltieren verantwortlich ist.
Bei Wirbeltieren ist der Mechanismus der Bildung von perizentrischem Heterochromatin noch immer nicht vollständig verstanden. Um Faktoren zu identifizieren, die für die Bildung von perizentrischem Heterochromatin verantwortlich sind und in früheren Studien auf Basis genetischer Screenings möglicherweise übersehen wurden, entwickelten die Forscher eine Technik, mit der sich das Proteom in der Nähe spezifischer genomischer Loci identifizieren lässt.
Diese Technik basiert auf dem CRISPR/Cas9-System mit spezifischen Zielfunktionen und dem APEX2-System mit Näherungsmarkierungsfunktionen. Mithilfe dieser Technologie konnten sie das Proteom in der Nähe des perizentrischen Heterochromatins in embryonalen Stammzellen von Mäusen identifizieren.
Die Forscher fanden heraus, dass die Zinkfingerproteine ZNF512 und ZNF512B durch ihre spezifische Bindung an perizentrische Heterochromatin-DNA in den perizentrischen Heterochromatin-Regionen lokalisiert sind.
Darüber hinaus können die Zinkfingerproteine ZNF512 und ZNF512B sie, sei es in exogen eingeführten repetitiven Regionen oder in perizentrischen Heterochromatinregionen, durch direkte Interaktion mit SUV39H1 und SUV39H2 an spezifische Stellen rekrutieren, was zu Histon H3K9me3-vermitteltem Heterochromatin führt.
Sie zeigten, dass ZNF512 und ZNF512B aus verschiedenen Spezies spezifisch perizentrische Heterochromatinregionen in anderen Wirbeltieren anvisieren können. Diese Fähigkeit wird den identischen Zinkfingermotiven und konservierten längeren Linkern zwischen den Zinkfingern von ZNF512 und ZNF512B zugeschrieben. Dieselben Zinkfingermotive ermöglichen die Erkennung repetitiver DNA, während die längeren Linker die Flexibilität bieten, nicht zusammenhängende DNA-Sequenzen zu erkennen.
Diese Studie enthüllt den De-novo-Etablierungsmechanismus von konstitutivem perizentrischem Heterochromatin und erklärt, warum anscheinend nicht-konservierte perizentrische Heterochromatinsequenzen bei Wirbeltieren immer noch die gleiche Histon-H3K9me3-Modifikation aufweisen.
Darüber hinaus enthüllt die Entdeckung, dass Zinkfingerproteine mit gespaltenen Zinkfingern nicht zusammenhängende DNA-Sequenzen erkennen können, ein neues DNA-Erkennungsmuster, das wichtige Auswirkungen auf die Untersuchung von Protein-DNA-Erkennungsmustern hat.
Die Ergebnisse könnten zur Entdeckung weiterer Proteine mit solchen Eigenschaften führen und Bioinformatiker dazu inspirieren, neue Algorithmen zur Berechnung von DNA-Bindungsmotiven zu entwickeln.
Mehr Informationen:
Runze Ma et al., Zielgerichtete Nutzung perizentrischer nicht-konsekutiver Motive zur Heterochromatin-Initiation, Natur (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07640-5