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May 26, 2023

Chromatin-Remodellierungsmechanismus bei Arabidopsis entdeckt

Arabidopsis thaliana [Martienssen-Labor/Cold Spring Harbor Laboratory] Erkenntnisse rund um die epigenetische Vererbung, die in Pflanzen stattfindet, könnten Auswirkungen auf die Landwirtschaft, die Nahrungsmittelversorgung,

Arabidopsis thaliana [Martienssen-Labor/Cold Spring Harbor Laboratory]

Erkenntnisse zur epigenetischen Vererbung in Pflanzen können Auswirkungen auf die Landwirtschaft, die Nahrungsmittelversorgung und die Umwelt haben. Jetzt hat eine neue Forschung einen Schlüsselmechanismus beim Chromatin-Remodelling bei Arabidopsis aufgedeckt. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Abnahme der DNA-METHYLIERUNG 1 (DDM1) den Ersatz der Histonvariante H3.3 durch H3.1 in Heterochromatin fördert und dass die Ablagerung von H3.3 die DNA-Methylierung von Heterochromatin in ddm1-Mutanten verhindert.

Diese Forschung wurde in Cell in dem Artikel „Chromatin Remodeling of Histon H3 Varianten by DDM1 Underlies Epigenetic Inheritance of DNA Methylation“ veröffentlicht.

Rob Martienssen, PhD, und Leemor Joshua-Tor, PhD, beide Professoren am Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) und HHMI-Forscher, haben erforscht, wie Pflanzen die Marker weitergeben, die Transposons inaktiv halten. Eine Möglichkeit, Transposons zum Schweigen zu bringen und das Genom zu schützen, ist die Methylierung.

Martienssen und Joshua-Tor zeigen nun, wie der Umbau des Proteins DDM1 die Ablagerung von H3.1 H2A.W und die DNA-Methylierung fördert. Pflanzenzellen benötigen DDM1, weil ihre DNA dicht verpackt ist. „Aber das blockiert den Zugang zur DNA für allerlei wichtige Enzyme“, erklärte Martienssen. Bevor es zu einer Methylierung kommen kann, „müssen die Histone entfernt oder aus dem Weg geschoben werden.“

Martienssen entdeckte DDM1 erstmals vor 30 Jahren zusammen mit dem ehemaligen CSHL-Kollegen Eric Richards, PhD, der heute Professor am Boyce Thompson Institute ist. Martienssen vergleicht die Bewegung des Proteins mit einem Jo-Jo, das an einer Schnur entlanggleitet. Die Histone „können sich in der DNA auf und ab bewegen und dabei jeweils Teile der DNA freilegen, aber nie abfallen“, erklärte er.

Die Experimente zeigten auch, wie die Affinität von DDM1 zu bestimmten Histonen die epigenetische Kontrolle über Generationen hinweg bewahrt. Das Team zeigte, dass ein nur in Pollen vorkommendes Histon gegen DDM1 resistent ist und bei der Zellteilung als Platzhalter fungiert. „Es merkt sich, wo sich das Histon während der Pflanzenentwicklung befand, und behält diese Erinnerung bis in die nächste Generation hinein“, sagte Martienssen.

Pflanzen dürfen hier nicht allein sein. Auch Menschen sind auf DDM1-ähnliche Proteine ​​angewiesen, um die DNA-Methylierung aufrechtzuerhalten. Die neue Entdeckung könnte helfen zu erklären, wie diese Proteine ​​unsere Genome funktionsfähig und intakt halten.