石晓冰组再次发现一类新型组蛋白阅读器—ZZ结构域

作者:admin 来源:未知 点击数: 发布时间:2019年08月23日

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  原题目:石晓冰组再次发觉一类新型组卵白阅读器—ZZ布局域

  组卵白翻译后润色是表观遗传调控根基机制之一。组卵白润色形成一类超越基因序列的“组卵白暗码”,在染色质层面调控着遗传消息的组织与解读。组卵白润色的感化模式之一是招募一类被称作“阅读器”(reader)的效应因子,通过调理染色质开关形态而调控染色质布局和基因活性,进而影响细胞割裂、增殖、分化和凋亡等浩繁细胞历程。值得留意的是,在癌症等浩繁疾病中具有组卵白润色及其“阅读器”识别紊乱的现象,而且这种紊乱识别在癌症等疾病发生成长历程中阐扬主要调理感化。所以对“阅读器“卵白的发觉和研究是当前表观遗传范畴的一个热点,也是近年来表观药物研发中的一类主要靶点。

  美国MD安德森癌症核心石晓冰尝试室不断努力于开辟研究新型“组卵白暗码”阅读器,在表观遗传范畴取得了一系列主要的科学发觉。石晓冰博士自从2008年在安德森癌症核心成立尝试室以来,与清华大学李海涛教讲课题组合作,通过高通量的组卵白润色多肽阵列芯片等平台筛选发觉了多个新型组卵白润色的“阅读器”并解析相关的识别分子机理,包罗组卵白变异体 H3.3特异的 H3K36me3阅读器 ——ZMYND11卵白PBP布局域【1】,以及识别组卵白乙酰化的YEATS布局域【2】。YEATS布局域的发觉,是继1999年把溴域(Bromodomain)定义为组卵白乙酰化阅读器后组卵白乙酰化识别调控范畴的一个主要冲破。人类基因组包罗四种YEATS布局域的卵白质,别离是AF9,ENL,GAS41和YEATS2。石晓冰尝试室对这四个家族卵白逐一进行了深切的研究,研究功效曾经连续颁发在Cell、Nature等多家杂志上。此中,尝试室的博士后宓文义博士次要深切研究了YEATS2作为YEATS阅读器布局域卵白在非小细胞肺癌发生成长中的促癌感化【3】。

  YEATS2 是ATAC(Ada-Two-A-Containing )转录激活复合物中的一个亚基。ATAC复合物由13个亚基构成,其焦点是组卵白乙酰转移酶GCN5。值得一提的是,GCN5是第一个被判定和证明具有组卵白乙酰化转移酶活性的卵白。洛克菲勒大学的David Allis传授就是由于在四膜虫(Tetrahymena)中发觉酵母GCN5的同源卵白且具有乙酰转移酶活性从而开启了表观遗传学研究的高潮。David Allis传授也因而获得了本年的拉斯克(Lasker)根本医学奖(2018拉斯克奖发布丨表观遗传、RNA和麻醉受关心)。

  人类基因组中有20多个含有ZZ布局域的卵白,包罗细胞骨架卵白(Dystrophin、α-dystrobrevin)、泛素连系卵白(P62、ZSWIM2)以及染色体润色相关卵白(ZZZ3、P300/CBP)等。通过高通量筛选和检测,宓文义博士等发觉此中ZZZ3、P300、CBP、P62、HERC2、ZZEF1、KCMF1、MIB1、MIB2九种卵白的ZZ布局域可以或许特异识别H3氨基端序列。这也与ZZ布局域的同源性阐发成果相分歧,申明对组卵白H3的特同性识别曾经进化成ZZ布局域的一种主要功能。

  卵白质体外连系尝试和生物物理的检测尝试证明了ZZZ3的 ZZ布局域选择特同性地连系组卵白H3的N端的前四个氨基酸A-R-T-K序列,而不克不及识别H4、H2A 和H2B。成心思的是, H3K4乙酰化润色加强了与ZZZ3 ZZ布局域的连系,使其连系力加强了3倍(Kd值由29 µM加强为8.2 µM)。Kutadeladze尝试室的博士后张祎博士通过NMR布局解析,进一步阐释了ZZZ3卵白ZZ布局域特异识别组卵白H3氨基端和H3K4乙酰化润色的分子机制。相较于已发觉的其它组卵白润色阅读器,ZZ布局域识别组卵白H3的第1位丙氨酸残基,其质子化的主链氨基是识别过程的环节基团。

  进一步的布局阐发表白,ZZZ3卵白的ZZ布局域连系组卵白H3后,H3第4位赖氨酸侧链周边残基较为疏水,揭示了ZZ布局域对H3K4的乙酰化润色选择性的分子根本。体外生物化学和酶活性尝试证明,ZZZ3 ZZ布局域对H3的识别间接调控了GCN5/ATAC对底物H3润色活性。细胞生物学和功能基因组学研究证明ZZZ3与H3K4和H3K9 等位点的乙酰化以及ATAC复合物在全基因组程度共定位在基因的启动子区;ZZZ3的敲除严峻抑止了ATAC复合物在染色体上的定位并随之极大降低了ZZZ3连系位点启动子区的H3K9ac程度,导致方针基因的转录程度降低。进一步通过敲低 ZZZ3 后过表达野生型 ZZZ3和阅读器口袋突变体,证了然ZZ阅读器布局域对组卵白H3的识此外主要性。

  与ZZZ3雷同,转录共激活因子p300的ZZ布局域也特异地连系在组卵白H3 N结尾的前几位氨基酸残基上;与ZZZ3的ZZ布局域分歧的是,H3 N结尾的乙酰化和甲基化润色对p300 ZZ布局域的连系并无显著影响。张祎博士解析了2.0埃分辩率的p300卵白ZZ布局域与组卵白H3 N端复合物的晶体布局。布局显示H3 N端片段与ZZ布局域的N端构成反平行β片,这一奇特的识别体例与其它阅读器如PHD布局域等操纵地方β片层与H3连系完全分歧。细胞学与表观基因组学证据表白,ZZ布局域连系H3的能力对于p300卵白的染色质募集是不成或缺的,它与p300中已颁发的组卵白乙酰化阅读器Bromo布局域彼此合作,就像两只手一样协助p300卵白抓住染色质,从而阐扬感化。

  体内与体外的酶活尝试连系ChIP-seq等尝试,发觉ZZ布局域连系组卵白H3 N结尾的能力可以或许特异地推进p300 HAT布局域对H3K18和K27位点的特异乙酰化,但对H3K4、H3K9位点以及组卵白H4的乙酰化并无较着的推进感化。风趣的是,p300 的Bromo布局域对于HAT组卵白乙酰化的推进能力并无底物的特同性。这一ZZ布局域介导的底物选择性调控机制是在p300中初次报道的。p300在发育和疾病中阐扬着环节感化,该研究对于理解p300的分子功能和自我调控机制有主要开导意义。

  附次要作者简介:

  石晓冰博士,传授。中科院上海生命科学院博士,斯坦福大学Arthur Kornberg 及 Or Gozani尝试室博后。石晓冰博士自从2008年在MD安德森癌症核心成立尝试室以来,不断努力于开辟研究新型“组卵白暗码”阅读器,在表观遗传范畴取得了一系列主要的科学发觉。包罗组卵白变异体 H3.3特异的 H3K36me3阅读器 ——ZMYND11卵白PBP布局域,识别组卵白乙酰化的YEATS布局域,以及新型的H3阅读器ZZ家族卵白。尝试室此刻美国密歇根州Van Andel Research Institute。

  宓文义博士,于2011年获得中国海洋大学海洋药物医学博士学位。2012至2014年在美国盖辛格健康系统(Geisinger Health System)处置博士后研究。2014插手MD安德森癌症核心石晓冰传授尝试室处置表观遗传学组卵白润色标的目的的研究,次要研究GCN5/ATAC复合体在染色质调控中的感化。博士后期间,宓博士以第一作者颁发两篇Nature Communications和一篇Oncogene,并入选MD Anderson Cancer Center Epigenetic Scholar.

  张祎博士,2015年于北京大学获得生物化学与分子生物学博士学位,2015年至今在科罗拉多大学医学院Kutateladze尝试室进行博士后研究。次要采用布局生物学手段研究表观遗传调控过程中的分子识别,出格是翻译后润色的识别,以第一或配合第一作者在Nature Structure Molecular Biology和Nature Communications等学术期刊颁发多篇文章。

  吕杰博士, 2015年获哈尔滨工业大学博士学位,2016年至今在贝勒医学院李蔚传授尝试室处置博士后研究。吕杰以第一作者及通信作者在Nature Communication, Nucleic Acids Research, Nature等SCI期刊颁发文章10余篇。次要研究标的目的是生物消息学方式研究表观遗传学调控和长非编码RNAs。

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