该研究团队在前期研究中从小鼠卵细胞的cDNA文库中筛选鉴定到一个新型的DNA甲基化调控基因Pramel15。在体细胞中过表达Pramel15会通过降解DNMT1干扰DNA甲基化在DNA复制过程中的维持。在HEK293和小鼠ES细胞中的进一步研究发现，Pramel15作为Cullin5 E3泛素连接酶复合体中的底物识别亚基，通过泛素化-蛋白酶体途径降解DNMT1。值得注意的是，在Cullin5敲除细胞中，Pramel15仍能利用其他的Cullin复合物降解DNMT1，体现了其降解DNMT1能力的稳健性。
为了深入理解Pramel15在早期胚胎发育过程中的作用，研究者构建了Pramel15敲除小鼠。通过对Pramel15缺失的卵细胞和早期胚胎进行DNMT1免疫荧光染色和定量分析，研究者发现受精卵细胞核中的DNMT1蛋白水平上升。并且在用蛋白酶体抑制剂MG132和Cullin泛素化酶复合体抑制剂MLN4924处理过的受精卵中可以观察到相近程度的DNMT1上升，而对Pramel15缺失的受精卵处理后细胞核中的DNMT1水平不会进一步上升。说明在受精卵中存在着主要通过Pramel15介导的DNMT1蛋白酶体降解途径。进一步对卵细胞、受精卵及二细胞胚胎进行全基因组DNA甲基化测序（WGBS）发现，Pramel15缺失会引起全基因组范围DNA甲基化的随机性上升。综上，Pramel15可以调节受精卵DNA复制过程中细胞核内DNMT1的水平，从而帮助早期胚胎中的DNA甲基化重编程。
近期有国内外多个研究组发表了关于DNMT1和UHRF1在卵细胞和早期胚胎中细胞质滞留机制的研究，发现SCMC相关蛋白NLRP14和PADI6分别调控了UHRF1和DNMT1的细胞质定位。本研究表明，在早期胚胎发育过程中，除了将DNMT1和UHRF1转运并限制在细胞质中，细胞核中还存在着Pramel15介导的DNMT1蛋白水平控制机制，对DNA甲基化重编程效率进行调控。这一发现体现了早期胚胎中DNA甲基化重编程调控机制的复杂性，也为提高诱导细胞重编程效率等提供了启发。
中国科学院生物物理研究所朱冰研究员和张珠强研究员为论文的通讯作者，朱冰研究组谈家骏博士和李颖峰副研究员是论文的共同第一作者。中国科学院生物物理研究所田勇研究组、中国科学院生态环境研究中心汪海林研究组、美国南佛罗里达大学汪志高研究组参与了合作研究。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国科学院、新基石科学实验室和中国科学院青年创新促进会的资助。
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-51614-0
