大动物实验-动物试验中心-临床前研究「江苏美凤力医疗科技有限公司」

Nature?Communications發表了中國科學院生物物理研究所朱冰研究組的論文，題為Pramel15 facilitates zygotic nuclear DNMT1 degradation and DNA demethylation 的研究工作。該研究發現小鼠母源蛋白Pramel15能夠通過降解受精卵細胞核中的DNMT1，控制細胞核中DNMT1蛋白水平，首次揭示了早期胚胎細胞核中存在著依賴于蛋白酶體的DNMT1調控機制，幫助受精后合子DNA去甲基化。

該研究團隊在前期研究中從小鼠卵細胞的cDNA文庫中篩選鑒定到一個新型的DNA甲基化調控基因Pramel15。在體細胞中過表達Pramel15會通過降解DNMT1干擾DNA甲基化在DNA復制過程中的維持。在HEK293和小鼠ES細胞中的進一步研究發現，Pramel15作為Cullin5 E3泛素連接酶復合體中的底物識別亞基，通過泛素化-蛋白酶體途徑降解DNMT1。值得注意的是，在Cullin5敲除細胞中，Pramel15仍能利用其他的Cullin復合物降解DNMT1，體現了其降解DNMT1能力的穩健性。

為了深入理解Pramel15在早期胚胎發育過程中的作用，研究者構建了Pramel15敲除小鼠。通過對Pramel15缺失的卵細胞和早期胚胎進行DNMT1免疫熒光染色和定量分析，研究者發現受精卵細胞核中的DNMT1蛋白水平上升。并且在用蛋白酶體抑制劑MG132和Cullin泛素化酶復合體抑制劑MLN4924處理過的受精卵中可以觀察到相近程度的DNMT1上升，而對Pramel15缺失的受精卵處理后細胞核中的DNMT1水平不會進一步上升。說明在受精卵中存在著主要通過Pramel15介導的DNMT1蛋白酶體降解途徑。進一步對卵細胞、受精卵及二細胞胚胎進行全基因組DNA甲基化測序（WGBS）發現，Pramel15缺失會引起全基因組范圍DNA甲基化的隨機性上升。綜上所述，Pramel15可以調節受精卵DNA復制過程中細胞核內DNMT1的水平，從而幫助早期胚胎中的DNA甲基化重編程。

近期有國內外多個研究組發表了關于DNMT1和UHRF1在卵細胞和早期胚胎中細胞質滯留機制的研究，發現SCMC相關蛋白NLRP14和PADI6分別調控了UHRF1和DNMT1的細胞質定位。本研究表明，在早期胚胎發育過程中，除了將DNMT1和UHRF1轉運并限制在細胞質中，細胞核中還存在著Pramel15介導的DNMT1蛋白水平控制機制，對DNA甲基化重編程效率進行調控。這一發現體現了早期胚胎中DNA甲基化重編程調控機制的復雜性，也為提高誘導細胞重編程效率等提供了啟發。

模式圖(Credit: Nature Communications)