Nature重磅！Bigfoot全光谱流式分选仪帮助揭示控制DNA甲基化的潜在机制

2024-09-27 15:15:10 31阅读次数

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近日，英国爱丁堡大学Dónal O’Carroll研究组利用Bigfoot全光谱超高速流式细胞分选仪，在《Nature》上发表了题为“Two-factor authentication underpins the precision of the piRNA pathway”的重磅文章，揭示了SPOCD1 精确控制 DNA 甲基化的潜在机制。

在雄性小鼠种系发育过程中，PIWI-interacting RNA（piRNA）通路引导着年轻、活跃的转座子的 DNA 甲基化【1】。piRNA 将 PIWI 蛋白 MIWI2（PIWIL4）系在新生转座子转录本上，通过 SPOCD1 精确地控制 DNA 甲基化【2-5】。然而，确保这种精确性的潜在机制仍然未知。

2024年9月18日，英国爱丁堡大学Dónal O’Carroll团队在《Nature》上发表题为“Two-factor authentication underpins the precision of the piRNA pathway”的研究论文。作者发现 SPOCD1 直接与 SPIN1（SPINDLIN1）相互作用，SPIN1 是一种染色质阅读器，主要与 H3K4me3-K9me3 结合【6 】，且SPIN1 的表达早于 SPOCD1 和 MIWI2 的表达，而之前普遍认为piRNA 引导的 DNA 甲基化所需的所有分子事件都发生在 MIWI2 参与之后。

此外，在piRNA引导的DNA甲基化开始之前，年轻的LINE1拷贝（而不是老的LINE1拷贝）会被H3K4me3、H3K9me3和SPIN1标记。作者通过突变基因小鼠，利用不与SPIN1相互作用SPOCD1变体，发现SPOCD1和SPIN1之间的相互作用对于精子发生和piRNA引导的年轻LINE1元件的DNA甲基化至关重要。这证明了piRNA引导的LINE1 DNA甲基化需要一个发育定时的双因素认证过程。第一个认证过程是将 SPIN1-SPOCD1 招募到年轻的 LINE1 启动子，第二个认证过程是 MIWI2 与新生转录本的接触。独立的认证事件是 piRNA 引导的 LINE1 DNA 甲基化精确性的基础。

本实验中，为了纯化胎儿生殖细胞，研究者从携带 Oct4-eGFP 等位基因的胚胎中分离出 E14.5 睾丸，解离得到单细胞悬浮液。之后在Bigfoot 全光谱超高速流式细胞分选仪上使用 100 μm 喷嘴进行分选，将 DAPI 阴性（活细胞）、OCT4-eGFP 阳性（生殖细胞）的细胞群分选出来用于后续CUT&Tag 测序分析。

图-H3K4me3、H3K9me3和SPIN1在新基因组甲基化之前标记年轻的LINE1。其中e-i，来自Bigfoot全光谱流式细胞分选仪分选得到的 E14.5 胎儿生殖细胞的 H3K4me3、H3K9me3 和 SPIN1 的 CUT&Tag 数据。

下面是此文中用到的Bigfoot全光谱超高速流式细胞分选仪的简介

Bigfoot是全球第一台全光谱、超高速、高性能的流式细胞分选仪，具有强大的光谱解析和分选能力，是免疫学研究和生物医药开发领域的强有力工具。其主要技术优势如下：

高配置：高达9激光60参数
高性能：实时全光谱拆分及传统补偿模式可选
高速度：分选速度高达7万个事件/秒
高通量：六路分选；96孔-1536孔板适用；单细胞分选
自动化：智能型全自动仪器校准及质控
安全性：整合式生物安全柜设计及气溶胶管理系统

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参考文献（向上滑动查看更多）：

1. Ozata, D. M., Gainetdinov, I., Zoch, A., O’Carroll, D. & Zamore, P. D. PIWI-interacting RNAs: small RNAs with big functions. Nat. Rev. Genet. 20, 89–108 (2019).

2. De Fazio, S. et al. The endonuclease activity of Mili fuels piRNA amplification that silences LINE1 elements. Nature 480, 259–263 (2011).

3. Sch?pp, T. et al. TEX15 is an essential executor of MIWI2-directed transposon DNA methylation and silencing. Nat. Commun. 11, 3739 (2020).

4. Zoch, A. et al. SPOCD1 is an essential executor of piRNA-directed de novo DNA methylation. Nature 584, 635–639 (2020).

5. Zoch, A. et al. C19ORF84 connects piRNA and DNA methylation machineries to defend the mammalian germ line. Mol Cell https://doi.org/10.1016/j.molcel.2024.01.014 (2024).

6. Du, Y. et al. Structural mechanism of bivalent histone H3K4me3K9me3 recognition by the Spindlin1/C11orf84 complex in rRNA transcription activation. Nat. Commun. 12, 949 (2021).