SPOCD1は、piRNAによるde novo DNAメチル化の本質的な実行者である

SPOCD1 is an essential executor of piRNA-directed de novo DNA methylation.

• Ansgar Zoch
• Tania Auchynnikava
• Rebecca V Berrens
• Yuka Kabayama
• Theresa Schöpp
• Madeleine Heep
• Lina Vasiliauskaitė
• Yuvia A Pérez-Rico
• Atlanta G Cook
• Alena Shkumatava
• Juri Rappsilber
• Robin C Allshire
• Dónal O'Carroll

抄録

哺乳類では、ソーマからの生殖細胞の獲得は、ゲノムメチル化を消去してリセットする必要性という本質的な課題を生殖細胞に提供する。雄の生殖細胞では、ＲＮＡ誘導ＤＮＡメチル化は、若い活性トランスポーズ可能要素（ＴＥ）をサイレンシングする。PIWIタンパク質MIWI2（PIWIL4）とその関連するPIWI相互作用RNA（piRNA）はTEのDNAメチル化を指示している。ここでは、de novoゲノムのメチル化を受けている胎児生殖細胞におけるMIWI2の相互作用を定義し、新規MIWI2関連因子であるSPOCD1を同定し、若いTEのメチル化とサイレンシングに必須であることを明らかにした。マウスにおけるSPOCD1の欠損は、男性特有の不妊をもたらすが、piRNAの生合成にも、MIWI2の核への局在にも影響を与えない。SPOCD1は核内タンパク質であり、その発現はde novoゲノムメチル化の期間に制限されている。その結果、SPOCD1は、de novo メチル化機構の構成要素であるDNMT3LやDNMT3A、NURDやBAFクロマチンリモデリング複合体の構成要素であるDNMT3Aと生体内で共精製されていることが明らかになった。また、MIWI2とTE転写産物との結合が、SPOCD1を介して抑制的なクロマチンリモデリング活性とde novoメチル化装置をリクルートするというモデルを提案した。以上のことから、我々は哺乳類のpiRNAを介したDNAメチル化の新規かつ必須の実行因子を同定した。

In mammals, the acquisition of the germline from the soma provides the germline with an essential challenge, the necessity to erase and reset genomic methylation. In the male germline, RNA-directed DNA methylation silences young active transposable elements (TEs). The PIWI protein MIWI2 (PIWIL4) and its associated PIWI-interacting RNAs (piRNAs) instruct TE DNA methylation. piRNAs are proposed to tether MIWI2 to nascent TE transcripts; however, the mechanism by which MIWI2 directs de novo TE methylation is poorly understood but central to the immortality of the germline. Here we define the interactome of MIWI2 in foetal gonocytes that are undergoing de novo genome methylation and identify a novel MIWI2-associated factor, SPOCD1, that is essential for young TE methylation and silencing. The loss of Spocd1 in mice results in male-specific infertility but impacts neither piRNA biogenesis nor localization of MIWI2 to the nucleus. SPOCD1 is a nuclear protein and its expression is restricted to the period of de novo genome methylation. We found SPOCD1 co-purified in vivo with DNMT3L and DNMT3A, components of the de novo methylation machinery as well as constituents of the NURD and BAF chromatin remodelling complexes. We propose a model whereby tethering of MIWI2 to a nascent TE transcript recruits repressive chromatin remodelling activities and the de novo methylation apparatus through SPOCD1. In summary, we have identified a novel and essential executor of mammalian piRNA-directed DNA methylation.