高迁移率族蛋白

高迁移率族蛋白(highmobilitygroupprotein,HMG蛋白)广泛存在于真核生物细胞中,因其在聚丙稀凝胶电泳中的高迁移率而得名。HMG蛋白是真核细胞基因调控的动力体现者,是真核细胞内继组蛋白之后含量最为丰富的一组染色质蛋白质,它们在染色质的结构与功能及基因表达调控过程中均发挥着重要作用。HMG蛋白家族可分为HMGA、HMGB和HMGN三类亚家族。现对HMG蛋白家族的三类亚家族蛋白HMGA、HMGB和HMGN的结构与功能进行综述。     

高迁移率族蛋白成员HMG20a/b的研究进展

高迁移率族(HMG)蛋白是一类广泛存在的非组蛋白型染色体蛋白,能通过诱导染色质结构的变化影响DNA表达。HMG20a和HMG20b是一对高度同源的HMG家族蛋白,均含有一个结构保守的HMG-box结构域和一个coiled-coil结构域,在生物体内广泛表达。HMG20a/b在细胞核内参与组蛋白去甲基酶复合物LSD1-Co REST的形成及一系列与细胞分裂分化相关的生理进程,如神经细胞核红细胞的分化、细胞质分裂以及EMT过程。研究发现,HMG20a/b一些功能的发挥是通过LSD1-Co REST复合物来实现的;在神经分化过程中,HMG20a、HMG20b具有相互拮抗的作用;而HMG20a促进EMT过程反映它很可能是一个促癌因子。本文对HMG20a/b的结构和体内分布及生物学功能进行综述。     

Oct-4/Sox-2 协同调控下游基因表达的分子机制

Oct-4属POU家族蛋白,是一类在动物早期胚胎发育过程中起重要作用的转录因子,参与维持细胞的全能性及未分化状态。Oct-4蛋白的主要结构特征为具有POU家族特有的保守结构域（POUS）和POU同源异型结构域（POUHD）,这两个结构域可与DNA上特定区域形成双向结合,进而对基因转录进行调控。Sox-2是另一种转录因子,其HMG结构域可结合在DNA的特定序列上,并可通过与Oct-4的POUs结构域之间的蛋白质．蛋白质相互作用形成POU／HMG／DNA三元复合体以调控下游靶基因的表达。文章就POU家族成员Oct-4和HMG-box家族成员Sox-2在动物早期胚胎发育中调控部分下游基因表达的分子机制进行了概述。     

BRD4-DNA相互作用促进双共价的染色质结合

溴结构域蛋白4(bromodomain protein 4, BRD4)是BET蛋白质家族成员,在哺乳细胞中广泛表达,在整个有丝分裂周期内始终与染色质结合。BRD4通过招募不同的染色质调节因子到染色质上,影响染色质结构或重塑,从而调控基因表达,影响细胞周期,所以在基因转录、DNA复制和修复过程中十分重要。研究表明,BRD4在蛋白质水平的表达失调与肺癌、乳腺癌、急性髓系淋巴瘤、前列腺癌、结肠癌等多种肿瘤的发生发展相关,因此,BRD4是重要的药物靶标。本研究对BRD4蛋白与DNA结合的作用关系进行了探索。构建了BRD4不同结构域的截短体,表达纯化相应的蛋白质片段。通过电泳迁移率变动分析(EMSA)、荧光偏振(FA)和核磁共振滴定(NMR-HSQC)等多种技术,检测BRD4与DNA结合的作用区域,发现BRD4可通过有序结构和无序区域与DNA结合,这种作用与DNA的核苷酸序列无关。BRD4蛋白的磷酸化能够明显地降低BRD4结合DNA的能力。另用免疫荧光观察到BRD4蛋白能在细胞内形成液态特性的核斑点(nuclear puncta)。BRD4核斑点对小分子化合物或者高盐浓度敏感,符合液液相分离的特征;该核斑点通过BRD4无序结构和有序结构溴域结合DNA和乙酰化组蛋白,而聚集在染色质上,显示在招募转录因子,调控基因转录的过程中十分重要。本研究为探究BRD4在肿瘤细胞中的基因转录调控机制提供了新的研究思路,为筛选优化BRD4创新型小分子抗癌抑制剂揭示了新的作用机制。     

高迁移率族蛋白A的特征及其在转录中的调控

高迁移率族蛋白A(high mobility group A,HMGA)家族由4种蛋白质组成,通常作为影响转录因子与染色质结合的辅助因子在转录调控中发挥作用。HMGA可以影响染色质的结构,并参与在DNA上装配大的多蛋白复合体,从而激活或抑制转录。该文介绍了HMGA的基因结构、特征、转录后修饰及其在真核和原核生物中的主要功能。     

溴结构域蛋白4的结构和功能及其抑制剂在肿瘤研究中的应用

溴结构域和超末端结构域(bromodomain and extraterminal domain, Bet)家族是表观基因组的调节因子,也是肿瘤细胞生存所依赖的肿瘤相关基因表达的关键驱动因子。溴结构域蛋白4 (bromodomain-containing protein 4, Brd4)是溴域和端外蛋白家族中的一员,通常识别乙酰化组蛋白,并定位于目的基因的启动子或增强子区域,启动并维持肿瘤相关基因的表达。Brd4与多种转录因子调控和染色质修饰密切相关,并参与DNA损伤修复、维持端粒功能,从而维持肿瘤细胞的存活。本文围绕Brd4蛋白的结构、功能及其抑制剂在肿瘤研究中的应用进行综述。     

HMG蛋白质与人β-类珠蛋白基因5′上游LCR内HS2core DNA相互作用

HMG蛋白质是真核细胞核内一组含量丰富的非组蛋白,它们在染色质的结构与功能及基因表达调控过程中均起着重要作用.应用体外核小体重组技术和凝胶电泳阻抑法,分析了HMG蛋白质与人β-类珠蛋白基因5′上游LCR内的DNaseⅠ超敏感点2核心DNA序列(HS2core sequence,-10681～-10970 bp)之间的作用模式.实验结果表明,HMG蛋白质(1/2)能与HS2core DNA序列相结合,但HMG蛋白质(14/17)不能与它结合.将HS2core DNA在体外组装成核小体之后,HMG蛋白质(1/2)则不能与组装成核小体形式的HS2core DNA序列结合,而HMG蛋白质(14/17)却能与它结合.结果提示当HS2core DNA序列处于不同状态时,它与HMG蛋白质的结合模式是不同的,HMG蛋白质可能通过这一途径积极参与了人体β-类珠蛋白基因的表达调控.     

叶花相关蛋白结构域对其转录辅激活及细胞核定位的影响

染色质相关蛋白在真核生物DNA复制、基因转录调控等过程中起着非常重要的作用．前期报道拟南芥叶花相关蛋白(leaf and flower related,LFR)蛋白定位于细胞核中, 其缺失突变体在叶、花发育及育性等方面存在着许多表型,但LFR蛋白的自身特征尚有待进一步探究．酵母单杂交实验表明,酵母转录因子GAL4 的DNA结合域与全长LFR的融合蛋白(GBD-LFR)具有转录辅激活活性,LFR的C端至少有2个犰狳蛋白(ARM)重复结构域及完整N端对于其转录辅激活活性是必需的．但在野生型拟南芥原生质体中,与典型的转录激活因子相比,GBD-LFR的转录辅激活活性并不明显．缺失或突变LFR与黄色荧光蛋白(YFP)的原生质体亚细胞定位的荧光显微观察表明,N端的1～25位氨基酸,特别是其中第22位的赖氨酸和第4、23以及25位精氨酸影响其核定位．利用激光共聚焦显微镜观察共表达黄色或青色荧光(CFP)融合蛋白的细胞核内分布,结果表明LFR与染色质结构蛋白组蛋白H4及染色质结合蛋白HMGA有一定的核内共定位．这些结果表明LFR可能作为一个染色质相关的蛋白质,在拟南芥的生长发育中发挥重要作用．     

新基因Restin的克隆及比较生物学分析

采用PCR介导的减法杂交技术,从全反式维甲酸诱导的HL-60细胞中克隆得到一新基因,该基因编码219个氨基酸.借助生物信息学分析技术,发现该基因表达蛋白与神经细胞生长抑制因子(Necdin)的功能结构域高度同源(49%),均为碱性蛋白,命名为Restin(细胞静息相关蛋白).更有意义的是,同源搜索发现Restin,Necdin和Mages(黑色素瘤相关抗原家族)为同一蛋白家族,提示Restin和Mages是两类具有某种联系而功能又不同的蛋白质. 对所有这些蛋白进行综合分析发现,它们分别属于两个不同的亚家族,碱性蛋白家族和酸性蛋白家族,其中Restin,Necdin和Mage D1含有碱性同源结构域(理论pI为8.6～10.1), 主要在终末分化细胞中表达,在肿瘤组织极少表达或不表达,实验结果表明,Necdin可以与转录因子(E2F1)及p53相互作用,从而抑制细胞增殖,推测此类蛋白可能与细胞静息状态相关;而Mage A,C等表现为酸性同源结构域(理论pI为4.2～4.9),主要在肿瘤组织和胎儿组织中表达,推测此类蛋白可能与细胞增值有关.这两类蛋白是否构成一对与细胞周期调控相关的正负系统值得进一步深入研究.     

稻瘟病菌组蛋白脱乙酰化酶SIR2 HDACs的功能初探

利用生物信息学方法对稻瘟病菌(Magnaporthe grisea)组蛋白脱乙酰化酶SIR2家族成员(SRT3001、SRT3002、SRT3003、SRT3004、SRT3005、SRT3006和SRT3007)的生物学功能进行研究.结果表明,SIR2 HDACs家族成员位于不同的染色体上,分布于细胞的不同部位;它们编码的蛋白均含有蛋白激酶C磷酸化、酪蛋白激酶Ⅱ磷酸化、N-糖基化、N-豆蔻酰化4个相同的位点;它们均无跨膜区,且为亲水蛋白质,都无信号肽.多序列比对发现稻瘟病菌SIR2 HDACs家族结构域高度保守,均含有SIR2结构域;这些蛋白可能参与病原菌的转录调节、能量代谢和染色质沉默等过程.     

HMG chromosomal proteins in development and disease

The high mobility group (HMG) proteins are a superfamily of abundant and ubiquitous nuclear proteins that bind to DNA and nucleosomes and induce structural changes in the chromatin fiber. They are important in chromatin dynamics and influence DNA processing in the context of chromatin. Results emerging from studies of human disease, genetically modified mice and cells with altered HMG expression indicate that the expression of the HMG proteins is developmentally regulated and that changes in HMG protein levels alter the cellular phenotype and can lead to developmental abnormalities and disease. Here, we focus on the biological function of HMG proteins and highlight their possible roles in cellular differentiation and in the etiology of various diseases.     

Evidence for a shared structural role for HMG1 and linker histones B4 and H1 in organizing chromatin.

The high mobility group proteins 1 and 2 (HMG1/2) and histone B4 are major components of chromatin within the nuclei assembled during the incubation of Xenopus sperm chromatin in Xenopus egg extract. To investigate their potential structural and functional roles, we have cloned and expressed Xenopus HMG1 and histone B4. Purified histone B4 and HMG1 form stable complexes with nucleosomes including Xenopus 5S DNA. Both proteins associate with linker DNA and stabilize it against digestion with micrococcal nuclease, in a similar manner to histone H1. However, neither histone B4 nor HMG1 influence the DNase I or hydroxyl radical digestion of DNA within the nucleosome core. We suggest that HMG1/2 and histone B4 have a shared structural role in organizing linker DNA in the nucleosome.