实验室以单细胞模式生物嗜热四膜虫为研究对象，新近揭示了真核生物一种独特的DNA N6-腺嘌呤甲基化酶（Adenine Methyltransferase 1, AMT1），并对其功能和作用机制进行了深入研究，成果于2019年11月13日发表在领域著名刊物《Nucleic Acids Research（核酸研究）》上（https://doi.org/10.1093/nar/gkz1053）。
DNA N6-腺嘌呤甲基化（6mA）作为一潜在的表观遗传标记，最近再度成为表观遗传学领域的研究热点。迄今的工作表明，不同物种中6mA的含量、分布及功能的差异巨大，体现出其在真核生物进化过程中的多样性和复杂性。其中，围绕6mA酶学系统的探讨，对于了解6mA的生物学功能及其在真核生物进化过程中的角色具有重要意义。
作为一种优秀的模式生物，四膜虫是最早报道含有6mA的真核生物之一。由于6mA是四膜虫基因组仅有的甲基化修饰，且含量明显高于其它大多数真核生物，使四膜虫成为研究真核生物6mA的理想体系。近年来，实验室先后绘制了全球首份单碱基分辨率的四膜虫6mA全基因组分布图谱，揭示了四膜虫6mA的分布由序列特征（5’-AT-3’）和染色质环境（富集在占位稳定且含有H2A.Z的核小体的连接区，特异性分布在RNA转录酶II转录基因的5’端）共同决定，并由此提出6mA与基因转录、染色质重塑等同为染色质调控的重要组成这一学术新观点。上述研究还充分表明四膜虫6mA是由专门的甲基化酶催化形成的，而非一种随机非催化产物。这项成果于2017年发表在《核酸研究》上（https://doi.org/10.1093/nar/gkx883）。
在此工作基础上，实验室进一步鉴定出了四膜虫的甲基化酶AMT1（Adenine Methyltransferase 1），证实其属于甲基化酶MT-A70蛋白家族的一个独特分支。深入的研究发现：
1）AMT1及其酶催化活性对于6mA甲基化及细胞生长至关重要：AMT1是一专门催化对称6mA的甲基化酶，对其敲除将导致严重的生长发育缺陷；对酶活位点的特异突变也会造成生长发育的障碍；而在ΔAMT1细胞中重新引入AMT1基因可完全拯救上述表型。
2）AMT1催化的6mA可塑造染色质环境并影响转录：AMT1调控大量基因的表达，例如其可影响编码Rab家族GTP酶的RAB46基因，导致ΔAMT1细胞出现巨型伸缩泡；AMT1催化的6mA倾向聚集于基因区的5’端，这一分布模式与转录激活因子H3K4甲基化及H2A.Z十分相似；6mA的大幅减少导致核小体定位度大幅下降。
3）AMT1属于甲基化酶MT-A70蛋白家族的一个独特分支：AMT1及其同源蛋白主要分布在原生生物及早期分化真菌中，与高6mA含量、ApT特异序列、RNA聚合酶Pol II转录高度相关；与之形成对比的是，上述特征在动物、植物以及高等真菌中均缺失，这些物种中通常以另一个MT-A70蛋白家族METTL4的同源蛋白作为6mA甲基化酶。该研究显示，二者在功能上拮抗与互补的特点，可能是推动真核生物进化的不同驱动因素。
图1. 甲基化酶AMT1特定催化形成对称甲基化并调控四膜虫的生长发育（Wang et al., 2019, Nucleic Acids Research, doi.org/10.1093/nar/gkz1053）
该项研究的第一完成人为实验室的博士生王媛媛、盛亚岚和刘永强，通讯作者为高珊老师。项目先后得到国家自然科学基金优青项目（31522051）、国家青年万人计划项目以及山东省杰出青年基金（JQ201706）的联合资助。论文网址：https://doi.org/10.1093/nar/gkz1053。
