人BRPF2和BS69蛋白的幾個結(jié)構(gòu)域的結(jié)構(gòu)與功能研究.pdf

1、在真核生物中，遺傳物質(zhì)DNA與組蛋白包裝成染色質(zhì)。組蛋白上(尤其是其氨基端尾巴上)能發(fā)生多種多樣的翻譯后修飾，比如賴氨酸的乙?；图谆＿@些修飾組成了所謂的組蛋白密碼，能夠提供DNA序列之外的遺傳信息。不過這些組蛋白密碼要發(fā)揮作用，需要有效應蛋白的特定結(jié)構(gòu)模塊來識別。通過這些“讀碼器”對特定密碼的讀取和對特定效應蛋白的招募，進而調(diào)節(jié)染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)、組裝等，影響諸如轉(zhuǎn)錄、DNA復制、修復等細胞活動。本文分為兩部分，第一部分研究一個組蛋白乙

2、酰轉(zhuǎn)移酶MOZ/MORF復合物中支架蛋白BRPF2的一個PHD鋅指與非修飾的組蛋白H3之間的相互作用；第二部分研究一個轉(zhuǎn)錄抑制輔因子BS69蛋白中的串聯(lián)Bromo-PWWP結(jié)構(gòu)域識別組蛋白密碼的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。
　　 1、BRPF2的PHD1鋅指
　　 這些翻譯后修飾是通過特定的酶催化反應完成的。比如組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶負責催化賴氨酸上的乙酰化。單獨的組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶在體外實驗中往往底物特異性不高。事實上，在體內(nèi)這些酶總是與多個蛋

3、白質(zhì)結(jié)合以復合物形態(tài)存在，在特異性、酶活效率等方面都受到這些亞基的調(diào)節(jié)。MOZ/MORF即是一對同源性很高的組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶。它們對造血系統(tǒng)、骨骼、神經(jīng)等的發(fā)育有很重要的影響；并且在急性髓質(zhì)白血病患者中，它們往往與其他蛋白發(fā)生融合，提示它們的異常可能與這些疾病有關(guān)。MOZ/MORF在體內(nèi)與BRPF1/2/3、ING5、EAF6等蛋白形成復合物，其中BRPF蛋白發(fā)揮支架和橋梁作用，對維系整個復合物至關(guān)重要。除此之外，BRPF蛋白中還含有兩

4、個PHD鋅指，一個Bromo結(jié)構(gòu)域和一個PWWP結(jié)構(gòu)域。盡管很多文獻報道表明這些結(jié)構(gòu)域都與染色質(zhì)相關(guān)，但具體在BRPF蛋白中的作用并不明確。為此，我們進行了一系列研究并得到以下結(jié)論：(一)BRPF2的第一個PHD(PHD1)能夠結(jié)合組蛋白H3，并且這種結(jié)合能被H3K4位點的甲基化所拮抗；(二)利用多維NMR波譜解析了PHD1在自由狀態(tài)和結(jié)合H3(1-12)的多肽狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)；(三)結(jié)構(gòu)分析表明主要是H3的靠近氨基端的7個殘基參與相互作用

5、，并且這種相互作用的特異性主要是通過對多肽的N末端氨基、R2、K4、T6的識別；(四)PHD1的主鏈弛豫數(shù)據(jù)表明，結(jié)合組蛋白多肽后其局部區(qū)域的結(jié)構(gòu)鋼性得到增強；(五)NMR化學位移擾動實驗或者ITC實驗表明，組蛋白H3上的某些翻譯后修飾，比如H3R2me2s、H3T3ph、H3K4me、H3K4ac、H3T6ph都能拮抗其與PHD1之間的相互作用。(六)細胞內(nèi)的ChIP實驗表明，盡管BRPF2有多個結(jié)合組蛋白的結(jié)構(gòu)域，其中PHD1對它強

6、化在靶基因的染色質(zhì)上的結(jié)合仍然是很重要的。生物信息學分析表明，這個PHD1鋅指在酵母NuA3復合物、人的HBO1復合物中高度保守，因此，我們的研究結(jié)果對加深對這些復合物的認識也有幫助。
　　 2、BS69的串聯(lián)Bromo-PWWP結(jié)構(gòu)域
　　 BS69是一個轉(zhuǎn)錄抑制蛋白。相應的，BS69能結(jié)合一系列的轉(zhuǎn)錄因子和一些調(diào)節(jié)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的蛋白，包括組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶EZH2、組蛋白去乙酰酶HDAC1和染色質(zhì)重構(gòu)復合物中的Brg1蛋

7、白。不過這些相互作用都發(fā)生在BS69的羧基端部分，尤其是其中的MYND結(jié)構(gòu)域能識別一系列蛋白中的PXLXP基序。在BS69的氨基端部分，存在一個串聯(lián)的PHD-Bromo-PWWP結(jié)構(gòu)模塊。關(guān)于這一模塊知之甚少。為此，我們用X射線晶體衍射的方法，解析了其中的Bromo-PWWP模塊的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)分析表明，其中的Bromo結(jié)構(gòu)域和PWWP結(jié)構(gòu)域都具有其典型的結(jié)構(gòu)特征。意外的是，這兩個結(jié)構(gòu)域之間的殘基折疊成一個C3H型鋅指，并且具有罕見的手性。

8、這些結(jié)構(gòu)域(Bromo、鋅指、PWWP)之間，存在著廣泛的相互作用，使得整個結(jié)構(gòu)模塊折疊成一個整體，互相不可分開。盡管很多蛋白的Bromo結(jié)構(gòu)域識別乙?；慕M蛋白賴氨酸，我們的NMR滴定實驗嘗試的幾個乙?；嚯亩寂cBS69之間沒有觀察到相互作用。從結(jié)構(gòu)上來看，可能是一些識別乙酰化賴氨酸的關(guān)鍵殘基在這里發(fā)生了變異。其中的PWWP結(jié)構(gòu)域仍然具有其他PWWP中保守的三個芳環(huán)組成的口袋。但到目前為止，我們?nèi)匀粵]有找到BS69識別的組蛋白密碼?？?/p>

9、之，我們的結(jié)構(gòu)對進一步探索BS69的功能提供了有價值的線索。
　　 研究表明，多種組蛋白翻譯后修飾可以同時共同存在于同一個組蛋白或者核小體上，這就提供了一個平臺供多個組蛋白密碼識別結(jié)構(gòu)域協(xié)同作用來準確讀取這一密碼。不過各個結(jié)構(gòu)域結(jié)合組蛋白時所扮演的角色可能并不都是相同的，比如，有的參與特異性的招募適當?shù)南掠涡鞍?，而有的則可能只是加強效應蛋白與染色質(zhì)底物之間的結(jié)合。同時，這種多元的相互作用提供了一種很好的機制，使得效應蛋白既可