生物物理所等在组蛋白甲基化修饰识别方面取得新进展

　　10月17日，《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）在线发表了生物大分子国家重点实验室许瑞明、饶子和课题组和北京生命科学研究所（NIBS）朱冰课题组合作的最新研究成果Distinct mode of methylated lysine-4 of histone H3 recognition by tandem tudor-like domains of Spindlin1。

　　组蛋白甲基化是表观遗传学的核心内容之一，其中关于甲基化的识别是近年来研究的热点。甲基化识别蛋白是表观遗传信号的执行者，它们特异地识别不同位点、不同形式的甲基化修饰，把信号传递给下游与其相互作用的分子，行使表观遗传的生物学功能。许瑞明课题组基于前期基础研究（Genes & Dev. 2003；Science 2006；Genes & Dev. 2009），此次在人源Spindlin1蛋白识别组蛋白H3第4位赖氨酸的三甲基化修饰（H3K4me3）研究中又取得了进一步成果。

　　人源Spindlin1蛋白最早作为纺锤体结合蛋白被发现（Dev. 1997）。2007年，饶子和课题组解析了Spindlin1蛋白的三维晶体结构（JBC 2007）。2011年，NIBS朱冰课题组发现Spindlin1定位在核内活性rDNA重复区，可识别组蛋白H3K4甲基化修饰，进而促进rDNA基因的表达（EMBO Reports 2011）。基于之前的研究结果，许瑞明课题组与朱冰研究员和饶子和教授开展了Spindlin1与组蛋白H3K4me3识别的结构机理研究。

　　结果表明，Spindlin1包含三个串联重复的Tudor结构域，其中只有Tudor II可以结合一个H3K4me3肽段（图A）。通过结构分析比较及体内外功能实验检测，研究人员们发现了Spindlin1蛋白识别H3K4me3的独特机制：首先，可结合甲基化赖氨酸残基的疏水口袋由4个芳香族残基组成（图B），比其他已知的Tudor结构域识别口袋都多了1个残基，这样的包围的更加紧密，同时对周围的环境要求也更加苛刻；其次，除了构成疏水口袋的芳香族残基，Spindlin1的极性天冬氨酸残基也与H3蛋白N端的精氨酸残基有多处较强的相互作用，分别对D184和D189残基进行突变，不同程度地影响了Spindlin1与H3K4me3肽段的结合能力，下调了体内rRNA基因的转录水平，这些极性相互作用确保了K4位点识别的特异性。

　　该项研究工作得到科技部、国家自然科学基金委员会和中国科学院的资助。

　　Spindlin1蛋白识别组蛋白H3K4me3的结构示意图