The role of PRC1-deposited histone H2AK119 ubiquitination in DNMT3A recruitment and de novo DNA methylation of CpG islands

Abstract

La méthylation de l'ADN et les modifications post-traductionnelles des histones sont des éléments de régulation nécessaires pour le développement normal et la bonne fonction des cellules. On sait que les modifications d'histones déterminent partiellement la localisation des ADN méthyltransférases (DNMT). Par exemple, le domaine PWWP des DNMTs de novo (DNMT3A, DNMT3B) interagit normalement avec la méthylation de la lysine 36 de l'histone H3 (H3K36) pour guider la localisation des DNMTs. Les îlots CpG (CGI) sont généralement pauvres en H3K36me2/3 et enrichis de marques répressives associées aux complexes répressifs PRC1 (H2AK119ub) et PRC2 (H3K27me3). Malgré l'antagonisme entre H3K27me3 et H3K36me2/3, nous avons observé au cours du développement, de la différenciation et de la progression du cancer que certaines régions du génome enrichies en H3K27me3 acquièrent la méthylation de novo. Ceci suggère que les DNMTs de novo pourraient être recrutés par un mécanisme autre que l'interaction entre le domaine PWWP et la méthylation H3K36. Des mutations dans le domaine PWWP de DNMT3A ont été liées au paragangliome et au nanisme microcéphalique, et il a été démontré que ces mutants PWWP se localisent dans les régions régulées par Polycomb, ce qui entraîne une hyperméthylation de ces régions. Nous avons étudié la possibilité que les marques déposées par PRC recrutent le mutant DNMT3A, et avons constaté que ces mutants s'enrichissent dans les régions contenant H2AK119ub, mais sont indifférents aux niveaux de H3K27me3 catalysé par PRC2. Sur la base de la protéomique in vitro, nous observons également des preuves d'une interaction directe entre DNMT3A et H2AK119ub. Surtout, nous notons également que les régions enrichies en H2AK119ub qui attirent le DNMT3A muté PWWP gagnent la méthylation de l'ADN. Parmi ces régions hyperméthylées, on trouve un sous-ensemble de CGI marqués avec H2AK119ub. L'enrichissement du mutant PWWP DNMT3A dans ces CGI est associé à l'hyperméthylation de l'ADN, ce qui implique que la dérégulation des mécanismes distincts de recrutement du DNMT3A peut contribuer à la méthylation aberrante de CGI dans le cancer et d'autres maladies