清華Nature子刊發表表觀遺傳學新成果

　　生物通報道：高等生物的基因組DNA圍繞著由四種組蛋白組成的八聚體，形成碟狀的核小體結構。基因組DNA以這樣的形式包裝成為染色質，使DNA受到良好的保護。通過“讀取”模塊識別組蛋白共價修飾是表觀遺傳學調控的一個主要機制。

　　最近人們發現了多種組蛋白賴氨酸酰化，比如巴豆酰化（Kcr）、丁酰化（Kbu）和丙酰化（Kpr），它們大大拓展了組蛋白賴氨酸修飾的編碼能力。清華大學醫學院的研究人員發現，雙PHD鋅指（DPF）結構域具有特異識別組蛋白巴豆酰化修飾的分子功能。這項研究發表在Nature Chemical Biology雜志上，文章通訊作者是清華大學醫學院的李海濤（Haitao Li）教授。

　　李海濤研究團隊今年年初首次把YEATS結構域鑒定為組蛋白巴豆酰化閱讀器。現在他們又在組蛋白修飾調控領域取得了重要突破，深化了人們對巴豆酰化修飾生物學的理解和認識。

　　李海濤團隊對MOZ和DPF2兩類表觀調控因子的DPF結構域開展了系統的定量結合和復合物晶體結構解析，發現DPF結構域是一類組蛋白巴豆酰化偏好識別閱讀器。李海濤團隊提供的資料顯示，DPF結構域識別組蛋白H3第14位賴氨酸（H3K14)巴豆酰化修飾的親和力是對應乙酰化修飾的4-8倍，是對應丁酰化或丙酰化修飾的2-4倍。結構解析表明MOZ的DPF結構域對組蛋白H3K14cr的識別誘導組蛋白H3的柔性尾巴形成了兩個剛性的α螺旋，同時平面性的巴豆酰化基團舒適而緊密地插入到一個位于DPF中心的疏水口袋被識別（圖一）。研究人員還對DPF結構域和H3K14的丙酰化（H3K14pr）和丁酰化（H3K14bu）的復合物結構進行了解析。結構比較發現相對于兩個碳烴鏈的乙酰和三個碳烴鏈的丙酰，DPF結構域口袋大小更加適合由四碳烯烴鏈組成的巴豆酰。丁酰雖然也是四個碳的烴鏈，但是由于丁酰的烷烴鏈沒有雙鍵，相對于巴豆酰多了兩個氫原子，而恰恰是多出的氫原子可以產生空間位阻，使得DPF口袋不能以能量最優方式識別丁酰化修飾，從而闡明了DPF結構域偏好識別巴豆酰化修飾的原因。與此同時，研究人員還開展了免疫熒光共定位、染色質免疫共沉淀偶聯熒光定量PCR等細胞功能實驗，發現MOZ與H3K14cr共定位于HOXA家族靶基因的啟動子區，協同調控著HOXA基因家族的表達。

　　圖一、DPF結構域偏好識別組蛋白巴豆酰化促進轉錄與染色質重塑

　　DPF結構域作為一類新折疊類型的組蛋白巴豆酰化閱讀器，擁有 “底部封堵” 型閱讀器口袋，主要通過緊密的范氏接觸和疏水作用實現巴豆酰化特異識別。這一機制與先前報到的YEATS結構域的 “末端開放” 型和Bromo結構域的 “側面開放” 型酰基化識別口袋大不相同，體現出DPF結構域閱讀器口袋的獨特性（圖二）。含有DPF結構域的蛋白因子，如MOZ、MORF、DPF1、DPF2和DPF3等，不僅與轉錄調控密切相關，它們的調控異常通常會導致白血病、癌癥等人類疾病的發生。MOZ是一類重要的乙酰化轉移酶，可以調控HOX基因家族的表達，對于造血干細胞的分化至關重要，其在基因上易位并形成融合蛋白與白血病的發生直接相關。MOZ還可以與BRPF1/2/3、EAF6和ING5等重要的表觀遺傳因子形成大復合物，來共同調控基因的轉錄和表達。而DPF2家族成員是BAF染色質重塑復合物中的重要亞基，在生物個體的早期發育或者癌癥發生等過程有著關鍵作用。因此，研究人員所發現的DPF組蛋白巴豆酰化識別功能提示了巴豆酰化修飾在上述生理或病理過程中重要角色，為日后組蛋白巴豆酰化調控研究提供了一個全新的思路。

　　圖二、三類組蛋白乙酰化閱讀器擁有截然不同的巴豆酰化識別機制

　　作者簡介：

　　李海濤教授 教育經歷：1993-1997 山東大學微生物系 微生物學學士；1997-2003 中國科學院生物物理研究所 分子生物物理學博士。工作經歷：2003-2006 美國紀念斯隆-凱特琳癌癥中心 博士后研究員；2006-2010 美國紀念斯隆-凱特琳癌癥中心 高級研究科學家；2010.1至今 清華大學醫學院教授

　　主要研究領域與方向：表觀遺傳調控的分子結構基礎。表觀遺傳學是一門研究不依賴于DNA序列改變的生物性狀遺傳或繼承現象的學科，具體機制涉及到各種組蛋白修飾、組蛋白變體、DNA甲基化、染色質重塑以及非編碼RNA等，是當前生命科學研究中的一個熱點。本實驗室主要以生物大分子X-射線晶體學等結構生物學手段研究表觀遺傳學現象，并與各種生物化學及細胞生物學功能分析密切結合，探討關鍵表觀遺傳因子在人類疾病、以及細胞分化和發育過程中發揮功能的分子機制，進而為表觀遺傳因子靶向的藥物開發奠定基礎。當前本實驗室的具體研究內容包括 （1）新型組蛋白修飾或修飾組合的識別和調控機制研究；（2）非編碼RNA介導的表觀遺傳調控結構基礎；（3）基于結構的表觀遺傳靶向藥物開發。