Trithoraxのシロイヌナズナ同ホモログであるATX-1は、花のホメオック遺伝子を活性化します

背景：Trithorax（TRXG）およびPolycombグループ（PCG）の遺伝子は、ショウジョウバエの調節機能で最もよく知られており、そこではホメオティック遺伝子発現を制御します。植物や動物は、多細胞性を独立して進化させたと考えられています。ホメオティック遺伝子は動物と植物の両方で臓器のアイデンティティを制御しますが、それらは無関係です。この事実にもかかわらず、いくつかの植物の恒常性遺伝子は、動物PCGの抑制因子と同様の植物遺伝子によって負に調節されています。ただし、TRXGの植物活性化レギュレーターは特徴付けられていません。 結果：ショウジョウバエTRXに類似したシロイヌナズナATX1が花臓器の発達を調節するという遺伝的、分子的、機能的、および生化学的証拠を提供します。効果は具体的です。構造的および機能的に関連する花のホメオティック遺伝子は、異なる制御下にあります。ATX1は、ヒストンH3K4メチルトランスフェラーゼ活性を持つエピジェネティックな調節因子であることを示しています。これは、植物で報告されているこの種の酵素活性の最初の例であり、ショウジョウバエおよび酵母三極性ホモログとは対照的に、ATX1は追加のタンパク質がない場合にメチル化できます。組換えタンパク質としてH3K4をメチル化する能力において、ATX1はヒトホモログに似ています。 結論：ATX1は、動物系のTrithoraxのようなホメオティック遺伝子の活性化因子として機能します。ATX1-SETドメインのヒストンメチル化活性は、これらの効果の分子基盤がクロマチン構造を修正する能力であると主張しています。私たちの結果は、標的の構造的性質が異なるにもかかわらず、動物と植物の王国の間のTRXG機能の保存を示唆しています。

BACKGROUND: The genes of the trithorax (trxG) and Polycomb groups (PcG) are best known for their regulatory functions in Drosophila, where they control homeotic gene expression. Plants and animals are thought to have evolved multicellularity independently. Although homeotic genes control organ identity in both animals and plants, they are unrelated. Despite this fact, several plant homeotic genes are negatively regulated by plant genes similar to the repressors from the animal PcG. However, plant-activating regulators of the trxG have not been characterized. RESULTS: We provide genetic, molecular, functional, and biochemical evidence that an Arabidopsis gene, ATX1, which is similar to the Drosophila trx, regulates floral organ development. The effects are specific: structurally and functionally related flower homeotic genes are under different control. We show that ATX1 is an epigenetic regulator with histone H3K4 methyltransferase activity. This is the first example of this kind of enzyme activity reported in plants, and, in contrast to the Drosophila and the yeast trithorax homologs, ATX1 can methylate in the absence of additional proteins. In its ability to methylate H3K4 as a recombinant protein, ATX1 is similar to the human homolog. CONCLUSIONS: ATX1 functions as an activator of homeotic genes, like Trithorax in animal systems. The histone methylating activity of the ATX1-SET domain argues that the molecular basis of these effects is the ability of ATX1 to modify chromatin structure. Our results suggest a conservation of trxG function between the animal and plant kingdoms despite the different structural nature of their targets.