人BRPF2和BS69蛋白的幾個(gè)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，比如賴氨酸的乙酰化和甲基化。這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(guò)這些組蛋白密碼要發(fā)揮作用，需要有效應(yīng)蛋白的特定結(jié)構(gòu)模塊來(lái)識(shí)別。通過(guò)這些“讀碼器”對(duì)特定密碼的讀取和對(duì)特定效應(yīng)蛋白的招募，進(jìn)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(fù)制、修復(fù)等細(xì)胞活動(dòng)。本文分為兩部分，第一部分研究一個(gè)組蛋白乙

2、酰轉(zhuǎn)移酶MOZ/MORF復(fù)合物中支架蛋白BRPF2的一個(gè)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(gè)轉(zhuǎn)錄抑制輔因子BS69蛋白中的串聯(lián)Bromo-PWWP結(jié)構(gòu)域識(shí)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(guò)特定的酶催化反應(yīng)完成的。比如組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶負(fù)責(zé)催化賴氨酸上的乙酰化。單獨(dú)的組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶在體外實(shí)驗(yàn)中往往底物特異性不高。事實(shí)上，在體內(nèi)這些酶總是與多個(gè)蛋

3、白質(zhì)結(jié)合以復(fù)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(duì)同源性很高的組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶。它們對(duì)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(fù)合物，其中BRPF蛋白發(fā)揮支架和橋梁作用，對(duì)維系整個(gè)復(fù)合物至關(guān)重要。除此之外，BRPF蛋白中還含有兩

4、個(gè)PHD鋅指，一個(gè)Bromo結(jié)構(gòu)域和一個(gè)PWWP結(jié)構(gòu)域。盡管很多文獻(xiàn)報(bào)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(jìn)行了一系列研究并得到以下結(jié)論：(一)BRPF2的第一個(gè)PHD(PHD1)能夠結(jié)合組蛋白H3，并且這種結(jié)合能被H3K4位點(diǎn)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(gè)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(guò)對(duì)多肽的N末端氨基、R2、K4、T6的識(shí)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(qiáng)；(五)NMR化學(xué)位移擾動(dòng)實(shí)驗(yàn)或者ITC實(shí)驗(yàn)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(xì)胞內(nèi)的ChIP實(shí)驗(yàn)表明，盡管BRPF2有多個(gè)結(jié)合組蛋白的結(jié)構(gòu)域，其中PHD1對(duì)它強(qiáng)

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(xué)分析表明，這個(gè)PHD1鋅指在酵母NuA3復(fù)合物、人的HBO1復(fù)合物中高度保守，因此，我們的研究結(jié)果對(duì)加深對(duì)這些復(fù)合物的認(rèn)識(shí)也有幫助。
　　 2、BS69的串聯(lián)Bromo-PWWP結(jié)構(gòu)域
　　 BS69是一個(gè)轉(zhuǎn)錄抑制蛋白。相應(yīng)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(fù)合物中的Brg1蛋

7、白。不過(guò)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(shí)別一系列蛋白中的PXLXP基序。在BS69的氨基端部分，存在一個(gè)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(gè)結(jié)構(gòu)域之間的殘基折疊成一個(gè)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(gè)結(jié)構(gòu)模塊折疊成一個(gè)整體，互相不可分開。盡管很多蛋白的Bromo結(jié)構(gòu)域識(shí)別乙?；慕M蛋白賴氨酸，我們的NMR滴定實(shí)驗(yàn)嘗試的幾個(gè)乙?；嚯亩寂cBS69之間沒有觀察到相互作用。從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，可能是一些識(shí)別乙?；嚢彼岬年P(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(gè)芳環(huán)組成的口袋。但到目前為止，我們?nèi)匀粵]有找到BS69識(shí)別的組蛋白密碼?？?/p>

9、之，我們的結(jié)構(gòu)對(duì)進(jìn)一步探索BS69的功能提供了有價(jià)值的線索。
　　 研究表明，多種組蛋白翻譯后修飾可以同時(shí)共同存在于同一個(gè)組蛋白或者核小體上，這就提供了一個(gè)平臺(tái)供多個(gè)組蛋白密碼識(shí)別結(jié)構(gòu)域協(xié)同作用來(lái)準(zhǔn)確讀取這一密碼。不過(guò)各個(gè)結(jié)構(gòu)域結(jié)合組蛋白時(shí)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(dāng)?shù)南掠涡?yīng)蛋白，而有的則可能只是加強(qiáng)效應(yīng)蛋白與染色質(zhì)底物之間的結(jié)合。同時(shí)，這種多元的相互作用提供了一種很好的機(jī)制，使得效應(yīng)蛋白既可