近日來自復(fù)旦大學(xué)、美國(guó)紀(jì)念斯?。瓌P特琳癌癥中心、清華大學(xué)、新興企業(yè)星座制藥（Constellation Pharmaceuticals）公司、哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究人員在新研究中解析了一個(gè)甲基化關(guān)鍵蛋白UHRF1的晶體結(jié)構(gòu)及功能機(jī)制。這一研究成果在線發(fā)表在著名國(guó)際期刊《細(xì)胞》（Cell）雜志旗下的子刊《分子細(xì)胞》（Molecular cell）雜志上。

 

領(lǐng)導(dǎo)這一研究的是復(fù)旦大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)者施揚(yáng)教授，其早年畢業(yè)于上海第一醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系，2004年成為哈佛醫(yī)學(xué)院病理學(xué)系教授，2005年受聘長(zhǎng)江學(xué)者講座教授，長(zhǎng)期從事病理學(xué)、生物化學(xué)以及分子生物學(xué)等方面的研究。并在表觀遺傳學(xué)研究中取得重要成就，率先發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)組蛋白去甲基酶。其研究成果多次在nature、cell、genes&dev等國(guó)際頂尖雜志上發(fā)表。

 

自從科學(xué)家破解了構(gòu)成人類和動(dòng)物基因組的堿基密碼以來，研究人員將研究焦點(diǎn)開始轉(zhuǎn)向研究基因功能的其他化學(xué)修飾層次，即表觀遺傳學(xué)。表觀遺傳學(xué)與基因序列本身一樣重要，因?yàn)樗刂苹蚴欠癖婚_啟或關(guān)閉，從而決定它們是否制造蛋白質(zhì)。在過去的幾十年里，研究人員已經(jīng)知道DNA甲基化作用（一種將甲基添加到DNA上的生化反應(yīng)）是這些標(biāo)記基因沉默的表觀遺傳修飾過程中其中一種類型，這種修飾導(dǎo)致靶標(biāo)基因不能生產(chǎn)蛋白質(zhì)。此外還有一種修飾叫做組蛋白甲基化作用，該反應(yīng)則是標(biāo)記包裹DNA的組蛋白。

 

UHRF1是一種核蛋白，過去的研究表明UHRF1在確保DNA甲基化的正確復(fù)制中起重要重要。SRA結(jié)構(gòu)域是其與DNA結(jié)合的關(guān)鍵區(qū)域。2008年Nature上的3篇文章介紹了其SRA結(jié)構(gòu)域與半甲基DNA的復(fù)合物的結(jié)構(gòu)：UHRF1通過DNA解螺旋酶而識(shí)別甲基化位點(diǎn)。近期有研究發(fā)現(xiàn)UHRF1還能夠通過PHD結(jié)構(gòu)域結(jié)合二甲基和三甲基的H3K9多肽，表明UHRF1具有對(duì)DNA和組蛋白甲基化的雙重識(shí)別功能。因此研究此復(fù)合物的結(jié)構(gòu)及其功能將大大促進(jìn)人們了解甲基化的調(diào)控過程、癌癥背后的表觀遺傳學(xué)機(jī)制以及幫助設(shè)計(jì)出合適的藥物。

 

在這篇文章中，研究人員鑒別了UHRF1與組蛋白H3的結(jié)合狀態(tài)。體外結(jié)合實(shí)驗(yàn)分析和晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)表明UHRF1是通過PHD finger結(jié)構(gòu)域結(jié)合到組蛋白H3多肽的精氨酸R2位置上。當(dāng)H3R2發(fā)生甲基化作用時(shí)則可破壞這一復(fù)合物的形成。通過微點(diǎn)陣及染色體免疫共沉淀（ChIP）技術(shù)，研究人員鑒別出了UHRF1的直接靶基因。在進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)分析中，研究人員證實(shí)UHRF1是通過PHD finger結(jié)構(gòu)域與H3R2結(jié)合從而發(fā)揮對(duì)靶基因表達(dá)的抑制作用的。

 

新研究結(jié)果表明組蛋白精氨酸的甲基化作用與UHRF1的功能之間可能存在著交互影響，UHRF1與H3R2的結(jié)合事件對(duì)于維持正確的表觀遺傳學(xué)控制具有非常重要的意義。