近日來自復(fù)旦大學(xué),、美國紀念斯隆－凱特琳癌癥中心、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甲基化關(guān)鍵蛋白UHRF1的晶體結(jié)構(gòu)及功能機制。這一研究成果在線發(fā)表在著名國際期刊《細胞》（Cell）雜志旗下的子刊《分子細胞》（Molecular cell）雜志上,。
領(lǐng)導(dǎo)這一研究的是復(fù)旦大學(xué)長江學(xué)者施揚教授,，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年受聘長江學(xué)者講座教授,，長期從事病理學(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)了第一個組蛋白去甲基酶。其研究成果多次在nature,、cell,、genes&dev等國際頂尖雜志上發(fā)表。
自從科學(xué)家破解了構(gòu)成人類和動物基因組的堿基密碼以來,，研究人員將研究焦點開始轉(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,，因為它控制基因是否被開啟或關(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解螺旋酶而識別甲基化位點。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DNA和組蛋白甲基化的雙重識別功能,。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)機制以及幫助設(shè)計出合適的藥物,。
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)合實驗分析和晶體結(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)生甲基化作用時則可破壞這一復(fù)合物的形成,。通過微點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。在進一步的實驗分析中,，研究人員證實UHRF1是通過PHD finger結(jié)構(gòu)域與H3R2結(jié)合從而發(fā)揮對靶基因表達的抑制作用的,。
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)合事件對于維持正確的表觀遺傳學(xué)控制具有非常重要的意義,。(生物谷 Bioon.com)
doi:10.1016/j.molcel.2011.07.006
PMC:
PMID:
PHD Finger Recognition of Unmodified Histone H3R2 Links UHRF1 to Regulation of Euchromatic Gene Expression
Eerappa Rajakumara, Zhentian Wang, Honghui Ma, Lulu Hu, Hao Chen, Yan Lin, Rui Guo, Feizhen Wu, Haitao Li, Fei Lan, Yujiang Geno Shi, Yanhui Xu, Dinshaw J. Patelsend email, Yang Shisend email
Histone methylation occurs on both lysine and arginine residues, and its dynamic regulation plays a critical role in chromatin biology. Here we identify the UHRF1 PHD finger (PHDUHRF1), an important regulator of DNA CpG methylation, as a histone H3 unmodified arginine 2 (H3R2) recognition modality. This conclusion is based on binding studies and cocrystal structures of PHDUHRF1 bound to histone H3 peptides, where the guanidinium group of unmodified R2 forms an extensive intermolecular hydrogen bond network, with methylation of H3R2, but not H3K4 or H3K9, disrupting complex formation. We have identified direct target genes of UHRF1 from microarray and ChIP studies. Importantly, we show that UHRF1's ability to repress its direct target gene expression is dependent on PHDUHRF1 binding to unmodified H3R2, thereby demonstrating the functional importance of this recognition event and supporting the potential for crosstalk between histone arginine methylation and UHRF1 function. Click here to find out more!
