CPG配列でのミトコンドリアDNAのシトシンメチル化は、転写因子A DNA結合と転写に影響を与えます

真核生物では、CPG配列（5MCPG）での核DNAのシトシンメチル化は、クロマチン構造の変化を通じてエピジェネティックな継承を調節します。しかし、ミトコンドリアにはヌクレオソームクロマチンがないため、5MCPGがミトコンドリアに影響を与える分子メカニズムは異なっていて、まだ不明です。ミトコンドリア転写因子A（TFAM）は、ミトコンドリアDNA（mtDNA）ヌクレオイドの主要なDNAコンパクトタンパク質と転写開始因子の両方です。TFAMはmtDNAで数百のCPGに遭遇する必要があるため、5MCPGの発生にはTFAM-DNA認識に影響を与える可能性があります。生物物理学的アプローチを使用して、5MCPGがTFAM依存の活動を変えるかどうかを判断しました。重鎖プロモーター（HSP1）の5MCPGは、TFAMの結合親和性を増加させ、非メチル化DNAと比較して協同性の増加でTFAM多融合を誘導しました。ただし、5MCPGはTFAM依存性DNA圧縮に明らかな影響を与えませんでした。さらに、5MCPGは、3つのミトコンドリアプロモーターから開始される転写に明確かつコンテキスト依存的な効果をもたらしました。まとめると、我々の発見は、ミトコンドリアプロモーター領域の5MCPGがin vitroでのTFAM依存の活動に影響を与えることを示しています。

In eukaryotes, cytosine methylation of nuclear DNA at CpG sequences (5mCpG) regulates epigenetic inheritance through alterations in chromatin structure. However, mitochondria lack nucleosomal chromatin, therefore the molecular mechanisms by which 5mCpG influences mitochondria must be different and are as yet unknown. Mitochondrial Transcription Factor A (TFAM) is both the primary DNA-compacting protein in the mitochondrial DNA (mtDNA) nucleoid and a transcription-initiation factor. TFAM must encounter hundreds of CpGs in mtDNA, so the occurrence of 5mCpG has the potential to impact TFAM-DNA recognition. We used biophysical approaches to determine whether 5mCpG alters any TFAM-dependent activities. 5mCpG in the heavy strand promoter (HSP1) increased the binding affinity of TFAM and induced TFAM multimerization with increased cooperativity compared to nonmethylated DNA. However, 5mCpG had no apparent effect on TFAM-dependent DNA compaction. Additionally, 5mCpG had a clear and context-dependent effect on transcription initiating from the three mitochondrial promoters. Taken together, our findings demonstrate that 5mCpG in the mitochondrial promoter region does impact TFAM-dependent activities in vitro.