Two competing mechanisms of DNMT3A recruitment regulate the dynamics of de novo DNA methylation at PRC1-targeted CpG islands

生物 DNA甲基化 EZH2型 组蛋白H3 组蛋白 CpG站点 组蛋白甲基化 表观遗传学 遗传学 表观遗传学 癌症表观遗传学 细胞生物学 甲基化 组蛋白甲基转移酶 DNA 基因 基因表达
作者
Daniel N. Weinberg,Phillip Rosenbaum,Xiao Chen,Douglas Barrows,Cynthia Horth,Matthew R. Marunde,Irina K. Popova,Zachary B Gillespie,Michael‐Christopher Keogh,Chao Lü,Jacek Majewski,C. David Allis
出处
期刊:Nature Genetics [Nature Portfolio]
卷期号:53 (6): 794-800 被引量:88
标识
DOI:10.1038/s41588-021-00856-5
摘要

Precise deposition of CpG methylation is critical for mammalian development and tissue homeostasis and is often dysregulated in human diseases. The localization of de novo DNA methyltransferase DNMT3A is facilitated by its PWWP domain recognizing histone H3 lysine 36 (H3K36) methylation1,2 and is normally depleted at CpG islands (CGIs)3. However, methylation of CGIs regulated by Polycomb repressive complexes (PRCs) has also been observed4-8. Here, we report that DNMT3A PWWP domain mutations identified in paragangliomas9 and microcephalic dwarfism10 promote aberrant localization of DNMT3A to CGIs in a PRC1-dependent manner. DNMT3A PWWP mutants accumulate at regions containing PRC1-mediated formation of monoubiquitylated histone H2A lysine 119 (H2AK119ub), irrespective of the amounts of PRC2-catalyzed formation of trimethylated histone H3 lysine 27 (H3K27me3). DNMT3A interacts with H2AK119ub-modified nucleosomes through a putative amino-terminal ubiquitin-dependent recruitment region, providing an alternative form of DNMT3A genomic targeting that is augmented by the loss of PWWP reader function. Ablation of PRC1 abrogates localization of DNMT3A PWWP mutants to CGIs and prevents aberrant DNA hypermethylation. Our study implies that a balance between DNMT3A recruitment by distinct reader domains guides de novo CpG methylation and may underlie the abnormal DNA methylation landscapes observed in select human cancer subtypes and developmental disorders.
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