JMJD5催化單甲基化組蛋白H3氨基末端水解.pdf

1、本文對JMJD5催化單甲基化組蛋白H3氨基末端水解進行了研究。組蛋白H3氨基末端區(qū)域呈柔性游離狀態(tài),末端的側鏈能被核內不同的酶甲基化、乙酰化以及磷酸化。通過這些氨基末端側鏈的翻譯后修飾,使得組蛋白能夠調控染色質的折疊進而調控基因的表達。目前為止,氨基末端主要位點的翻譯后修飾均已找到其對應的酶來移除。H3氨基端的修飾同樣也包括其殘基的肽鍵被水解而切割。新的證據(jù)表明H3氨基末端水解切割不同于H3蛋白的替換,也是受酶活性作用的調節(jié).最近,組蛋

2、白氨基末端的水解切割被證明在哺乳動物和酵母的分化過程中對基因的表達調控起著重要的作用。H3氨基末端被切割后將側鏈上的修飾連同整個肽段被移除,從而產(chǎn)生一個新的更短的殘基,它是應對環(huán)境改變的一種翻譯后修飾之一。像營養(yǎng)缺失等細胞應激條件會通過觸發(fā)以上的修飾,比如水解切割等來影響組蛋白H3氨基末端的活性。然而,在細胞核內對H3氨基末端進行水解切割的酶卻仍然未知。
　　 在染色質中,組蛋白氨基端殘基能被多種翻譯后修飾調控,包括甲基化、乙酰

3、化、磷酸化以及蛋白水解切割。然而,組蛋白氨基端殘基的水解切割機制卻還沒有研究清楚。在本文中,首先我們利用生物信息學結構分析,發(fā)現(xiàn)JMJD5這種只含有Jumonji C(JmjC)結構域的蛋白具有比傳統(tǒng)含JmjC域的組蛋白去甲基酶更長的氨基末端,且其二級結構與Cathepsin L具有很大的相似性。通過多種方法,我們證明了JMJD5蛋白是一種新型的組蛋白水解酶,負責對組蛋白H3的氨基末端進行水解切割,進而可能調控基因的轉錄。其次,我們利用

4、體外反應法和細胞內實驗進一步對JMJD5的催化特性進行研究,發(fā)現(xiàn)JMJD5在H3單甲基化賴氨酸位點的羧基端進行切割,形成一個較短的氨基末端,從而移除一部分表觀遺傳標志。體外H3肽段水解試驗結果顯示JMJD5唯獨切割單甲基化(mMK)的H3肽段,而對二甲基化(dMK)、三甲基化(dMK)以及無甲基化(uMK)的H3肽段沒有或幾乎沒有水解切割作用。最后,為了研究JMJD5蛋白的結構特征,我們構建并表達了JMJD5蛋白的截斷體和突變體,發(fā)現(xiàn)J

5、MJD5的JmjC結構域使JMJD5蛋白自身二聚化并具有結合組蛋白H3氨基端的功能,此外,JMJD5蛋白的氨基端結構卻對整個蛋白的活性有一定的抑制作用。于此同時,實驗室其他成員利用實時熒光定量PCR技術(qRT-PCR)對部分組蛋白甲基化依賴的基因進行檢測,發(fā)現(xiàn)在細胞內全長的JMJD5過表達能抑制這些基因的轉錄,而僅僅過表達JMJD5的氨基端結構卻一定程度上緩解了細胞內源性JMJD5對這些基因轉錄的抑制作用,進一步證明了JMJD5氨基端

6、結構是一段負性調控的區(qū)域。有趣的是,在本實驗室經(jīng)典研究模型MNNG刺激下,不僅細胞中錯配修復基因表達明顯上調,JMJD5基因的表達也隨之迅速上調,單獨過表達JMJD5蛋白也能引起這些錯配修復基因的表達上調,而過表達JMJD5或使用SiRNA抑制JMJD5表達分別能緩解和增強MNNG引起的細胞周期阻滯效應。之前JMJD5被報道具有對H3K36me2去甲基化的功能,以上現(xiàn)象提示了JMJD5在MNNG誘導下,可能通過移除錯配修復基因表達區(qū)的抑