UHRF1在维持哺乳动物细胞DNA甲基化中的作用

UHRF1 Plays a Role in Maintaining DNA Methylation in Mammalian Cells

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|核心内容：

哺乳动物的表观遗传在一定程度上依赖于 DNA 甲基化模式在整个发育过程中的稳定遗传。我们发现 UHRF1蛋白(ubiquitin-like, containing PHD and RING finger domains 1，泛素样，包含 PHD 和环指结构域1) ，在小鼠和人类中分别称为 NP95和 ICBP90，是维持 DNA 甲基化所必需的（图1）。

图1. mUhrf1-/-ESC中DNA甲基化降低

用 CG 甲基化敏感酶(HpaII)或不敏感酶(MspI)消化的2个野生型(E14)和3个mUhrf1-/-独立的 ES 细胞基因组DNA，经溴化乙锭染色。

在整个S期，UHRF1与维持 DNA甲基转移酶的 DNMT1蛋白共定位。

图2. UHRF1与DNMT1共定位

mUHRF1与 DNMT1的共定位：在同步化 COS-7细胞中短暂表达 DsRed-DNMT1和 GFP-mUHRF1。细胞从 G1期释放，贯穿整个S期，并记录给定时间(h)。用 Hoechst 染色法显示 DNA。

UHRF1似乎通过与 DNMT1的直接相互作用将 DNMT1与染色质绑在一起（图3）。

图3. hUHRF1与 DNMT1相互作用，需要与染色质结合。

(a)用野生型 HEK293T 细胞(wt)或稳定表达 DNMT1与 CBD融合的细胞 (D1)进行共沉淀实验。用甲壳素琼脂糖沉淀 DNMT1。用抗 DNMT1和 hUHRF1的抗体从总蛋白组分(input，输入)或沉淀组分(结合)中检测 hUHRF1和 DNMT1；wt没有CBD，故不能bound出来，而D1有CBD,理应能拉出DNMT1,而实际hUHRF1也被bound出来，说明后两者有相互作用。(b)从模拟处理的对照 HeLa 细胞(Control)和用 siRNAs 处理的 DNMT1(DNMT1 kd)或 hUHRF1(hUHRF1 kd)细胞中提取总蛋白。减少的蛋白质量用免疫印迹分析。(c)从野生型 HeLa 细胞(对照)、 DNMT1 kd 细胞或 hUHRF1 kd 细胞中分离纯化染色质，免疫印迹法检测 DNMT1和 hUHRF1。抗组蛋白 H3(H3)免疫印迹分析用于确认可视化的染色质部分和作为对照。(d)用模拟(顶部)或 hUHRF1(底部) siRNAs 处理瞬时表达 GFP-DNMT1的 COS-7细胞。增殖细胞核抗原用单克隆抗体染色显示，DNA 用 Hoechst 染色显示。敲降hUHRF1过后DNMT1结合到染色质上的效率大大降低。

此外，UHRF1还含有一个甲基 DNA 结合域，即 SRA (SET 和 RING 结合)结合域，该结合域与 DNMT1的生理底物半甲基化 CG 位点有很强的优先结合性。

这些数据表明，UHRF1有助于将 DNMT1招募到半甲基化 DNA 上，以促进 DNA 甲基化的维持。

原文摘要：

Epigenetic inheritance in mammals relies in part on robust propagation of DNA methylation patterns throughout development. We show that the protein UHRF1 (ubiquitin-like, containing PHD and RING finger domains 1), also known as NP95 in mouse and ICBP90 in human, is required for maintaining DNA methylation. UHRF1 colocalizes with the maintenance DNA methyltransferase protein DNMT1 throughout S phase. UHRF1 appears to tether DNMT1 to chromatin through its direct interaction with DNMT1. Furthermore UHRF1 contains a methyl DNA binding domain, the SRA (SET and RING associated) domain, that shows strong preferential binding to hemimethylated CG sites, the physiological substrate for DNMT1. These data suggest that UHRF1 may help recruit DNMT1 to hemimethylated DNA to facilitate faithful maintenance of DNA methylation.

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参考文献：

Bostick, M., Kim, J.K., Esteve, P.O., Clark, A., Pradhan, S., and Jacobsen, S.E. (2007). UHRF1 plays a role in maintaining DNA methylation in mammalian cells. Science 317, 1760–1764