10月17日,《美國國家科學院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)在線發表了生物大分子國家重點實驗室許瑞明、饒子和課題組和北京生命科學研究所(NIBS)朱冰課題組合作的最新研究成果Distinct mode of methylated lysine-4 of histone H3 recognition by tandem tudor-like domains of Spindlin1。
組蛋白甲基化是表觀遺傳學的核心內容之一,其中關于甲基化的識別是近年來研究的熱點。甲基化識別蛋白是表觀遺傳信號的執行者,它們特異地識別不同位點、不同形式的甲基化修飾,把信號傳遞給下游與其相互作用的分子,行使表觀遺傳的生物學功能。許瑞明課題組基于前期基礎研究(Genes & Dev. 2003;Science 2006;Genes & Dev. 2009),此次在人源Spindlin1蛋白識別組蛋白H3第4位賴氨酸的三甲基化修飾(H3K4me3)研究中又取得了進一步成果。
人源Spindlin1蛋白最早作為紡錘體結合蛋白被發現(Dev. 1997)。2007年,饒子和課題組解析了Spindlin1蛋白的三維晶體結構(JBC 2007)。2011年,NIBS朱冰課題組發現Spindlin1定位在核內活性rDNA重復區,可識別組蛋白H3K4甲基化修飾,進而促進rDNA基因的表達(EMBO Reports 2011)。基于之前的研究結果,許瑞明課題組與朱冰研究員和饒子和教授開展了Spindlin1與組蛋白H3K4me3識別的結構機理研究。
結果表明,Spindlin1包含三個串聯重復的Tudor結構域,其中只有Tudor II可以結合一個H3K4me3肽段(圖A)。通過結構分析比較及體內外功能實驗檢測,研究人員們發現了Spindlin1蛋白識別H3K4me3的獨特機制:首先,可結合甲基化賴氨酸殘基的疏水口袋由4個芳香族殘基組成(圖B),比其他已知的Tudor結構域識別口袋都多了1個殘基,這樣的包圍的更加緊密,同時對周圍的環境要求也更加苛刻;其次,除了構成疏水口袋的芳香族殘基,Spindlin1的極性天冬氨酸殘基也與H3蛋白N端的精氨酸殘基有多處較強的相互作用,分別對D184和D189殘基進行突變,不同程度地影響了Spindlin1與H3K4me3肽段的結合能力,下調了體內rRNA基因的轉錄水平,這些極性相互作用確保了K4位點識別的特異性。
該項研究工作得到科技部、國家自然科學基金委員會和中國科學院的資助。
Spindlin1蛋白識別組蛋白H3K4me3的結構示意圖
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