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PNAS:Spindlin1与组蛋白H3K4me3识别的机理

  1. Spindlin1
  2. 组蛋白
  3. 赖氨酸

来源:中科院生物物理所 2012-10-20 00:13

2012年10月17日,美国科学院院刊(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NIBS朱冰课题组合作的最新研究成果,该文章题为Distinct mode of methylated lysine-4 of histone H3 recognition by tandem tudor-l

2012年10月17日,美国科学院院刊(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NIBS朱冰课题组合作的最新研究成果,该文章题为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,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,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,不同程度的影响了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。(生物谷Bioon.com)

Distinct mode of methylated lysine-4 of histone H3 recognition by tandem tudor-like domains of Spindlin1

Na Yang, Weixiang Wang, Yan Wang, Mingzhu Wang, Qiang Zhao, Zihe Rao, Bing Zhu and Rui-Ming Xu

Recognition of methylated histone tail lysine residues by tudor domains plays important roles in epigenetic control of gene expression and DNA damage response. Previous studies revealed the binding of methyllysine in a cage of aromatic residues, but the molecular mechanism by which the sequence specificity for surrounding histone tail residues is achieved remains poorly understood. In the crystal structure of a trimethylated histone H3 lysine 4 ( H3K4) peptide bound to the tudor - like domains of Spindlin1 presented here , anatypical mode of methyllysine recognition by an aromatic pocket of Spindlin1 is observed. Furthermore, the histone sequence is recognized in a distinct manner involving the amino terminus and a pair of arginine residues of histone H3, and disruption of the binding impaired stimulation of pre-RNA expression by Spindlin1. Our analysis demonstrates considerable diversities of methyllysine recognition and sequence-specific binding of histone tails by tudor domains, and the revel at ion furthers the under standing of tudor domain proteins in deciphering epigenetic marks on histone tails.

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