杜海宁课题组揭示组氨酸甲基转移酶SETD3在DNA复制起始中的作用机制

DNA复制作为细胞生物学中的一项基础而关键的生命活动，其精确性对于遗传信息的跨代传递具有决定性的意义，在这一过程中，多个分子机制协同作用，确保基因组的准确复制。DNA复制起始过程中，ORC复合体识别并结合在复制起始位点处，通过CDC6和CDT1帮助招募DNA解旋酶MCM复合体加载在染色质上，进而通过CDK等激酶磷酸化修饰并招募一系列复制相关蛋白，形成有活性的复制前起始复合体（pre-licensing complex, pre-RC），发挥DNA解旋酶的功能并起始DNA复制。但在此进程中，MCM复合体如何被招募到复制起始位点的研究还不充分。

近日，SCIENCE CHINA Life Sciences在线发表武汉大学杜海宁教授课题组题为 “SETD3-mediated histidine methylation of MCM7 regulates DNA replication by facilitating chromatin loading of MCM”的研究论文。

课题组以前的研究发现SETD3在G1/S期高表达，为了研究其功能，该团队使用TurboID等实验筛选与SETD3相互作用的蛋白，发现SETD3与MCM复合体相互作用，暗示SETD3可能在DNA复制起始过程中起作用。通过EdU实验、DNA fiber实验、新生DNA链测序（nascent-strand sequencing，NS-Seq）实验发现SETD3确实调控DNA复制起始，并且这一功能依赖其酶活性（图1）。

图1 SETD3调控DNA复制起始

A、Turbo-SETD3质谱图；B-D、EdU实验（B）、DNA fiber实验（C）和NS-Seq实验证明SETD3调控DNA复制。

机制研究发现，SETD3蛋白在S期入核并甲基化MCM7H459甲基化位点，该修饰调控增强MCM复合体与CDT1的相互作用，促进MCM复合体加载在染色质复制起始位点处，促进DNA复制进程（图2）。

图2 SETD3甲基化MCM7调控其在染色质上组装

A、SETD3在S期入核；B、MCM7 H459甲基化质谱图；C、MCM7甲基化调控其与CDT1的结合；C、MCM7甲基化调控其在染色质上组装。

那么SETD3是如何被调控的？团队研究发现，在细胞周期G1/S期，胞质内富集的CDK2蛋白磷酸化修饰SETD3 S21，促进SETD3核转运。总之，该研究揭示了SETD3蛋白在DNA复制中的新功能，同时也发现了SETD3除β-Actin外的一个新底物MCM7，表明组氨酸甲基化修饰更为广泛地参与调控细胞生命活动，丰富了这种修饰的调控作用，有助于更好地理解DNA复制起始过程。

SETD3调控DNA复制模式图

武汉大学生命科学学院博士生段宏国和王塽为共同第一作者，武汉大学生命科学学院杜海宁教授及赵梦洁博士为共同通讯作者。该课题还得到广州湾实验室龙海珍研究员和武汉大学李国红教授的大力支持！