含溴结构域蛋白2结构与功能的研究进展

含溴结构域蛋白2(bromodomain-containing protein 2,BRD2)具有两个串联的溴结构域和一个末端外结构域,是溴结构域和末端外结构域蛋白家族成员之一.BRD2蛋白能够特异性结合组蛋白乙酰化赖氨酸,参与基因的转录调控、染色质重塑和细胞增殖与凋亡等生物学活动.近年来研究表明,BRD2蛋白通过溴结...     

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。     

BRD7结构功能域Bromodomain的研究以及一个新的BRD7交互作用蛋白的鉴定

溴区包含蛋白7(BRD7)是采用cDNA代表性差异分析方法克隆的一个新基因.研究证实了BRD7能够与乙酰化的组蛋白3结合,其识别位点在组蛋白3的14位氨基酸;并且证实了溴区结构域(Bromodomain)缺失型的BRD7突变体失去了与乙酰化组蛋白3的结合能力.Bromodomain是在进化上高度保守的功能结构域,该结构域在空间构象上具有鲜明的特征:包括4个左手、呈反向平行排列的“螺旋(αz,αA,αB,αC)”以及2个“连结环”(ZAloop,BCloop).通过生物信息学等综合分析,预测BRD7可能具有上述特征.依据上述分析结果,构建了BRD7的Bromodomain相关缺失突变体,通过肽段结合实验分析上述突变体与乙酰化组蛋白3结合的能力.结果表明,ZAloop与BCloop的完整性对于BRD7结合乙酰化的组蛋白3有着重要的意义.同时通过免疫荧光分析,证实了ZAloop与BCloop的完整性能够影响BRD7的亚细胞定位.最后,证实了BRD7与CBP可能存在交互作用.CBP不仅具有乙酰化转移酶活性(HATs),能够对组蛋白末端进行乙酰化修饰,并且作为一种重要的细胞转录因子广泛参与细胞的各种生物学活动.     

BRPF1新型转录本BRPF2的鉴定及其在小鼠组织中的表达

为鉴定BRPF1的一种新转录本, 确定其在小鼠组织中的表达并对其蛋白功能进行初步研究, 将获得的克隆进行序列测定。RT-PCR和Northern blotting实验检测BRPF1和BRPF2在小鼠各组织器官中的表达, 生物信息学分析其保守结构域和蛋白功能, 并使用TNT T7体外转录翻译系统获得BRPF1和BRPF2蛋白。结果表明BRPF2是BRPF1的一种新型转录本(GenBank登录号：DQ288860); 在小鼠肝、胚胎、附睾、睾丸、卵巢和骨骼肌中均检测到 BRPF1和BRPF2两个转录本, 其中以BRPF1为主要的转录本; 而在小鼠脾中, 仅检测到BRPF2的转录本; BRPF1编码1246个氨基酸残基, 其编码的蛋白质分子量为140 kDa; 而BRPF2由于选择性剪接, 导致翻译提前终止, 仅编码442个氨基酸残基; CDD软件分析BRPF1和BRPF2结构域表明：与BRPF1相比, BRPF2蛋白缺失了Bromodomain结构域和PWWP结构域。鉴于Bromodomain结构域和PWWP结构域是BRPF1蛋白结合乙酰化或非乙酰化组蛋白, 募集组蛋白乙酰转移酶Moz和参与染色质重构的关键, 暗示BRPF2极有可能是做为BRPF1蛋白的负调控因子, 共同参与染色质调控。     

植物同源结构域指蛋白在拟南芥等十字花科植物春化作用途径中的功能

春化低温处理可以使拟南芥等十字花科植物提前开花,该过程中涉及到一个重要的植物同源结构域指(PHD-finger)蛋白VERNALIZATION INSENSITIVE3(VIN3)。PHD-finger结构域是真核生物中一种进化保守的锌指结构域,通常参与蛋白质之间的相互作用,特别是对核小体组蛋白进行甲基化、乙酰化、磷酸化等修饰。在春化处理过程中,VIN3及其同源基因编码的蛋白都具有PHD-finger结构域,该结构域通过对开花抑制基因FLOWERING LOCUS C染色质组蛋白进行H3K9、H3K27甲基化、H3K9和H3K14去乙酰化等修饰,调节FLC染色质结构状态,使其从松弛状态转变为高度凝缩状态而关闭其功能,从而影响FLC转录活性进而促进开花。以下综述了拟南芥等十字花科植物春化作用途径中PHD-finger蛋白的功能,并且概述了春化作用机制。     

芽殖酵母和裂殖酵母中异染色质形成机制

芽殖酵母(Saccharomyces cerevisiae)和裂殖酵母(Schizosaccharomyces pombe)是用来研究异染色质形成、细胞周期、DNA复制等重要细胞功能的理想单细胞真核生物.本文主要介绍这2种酵母中异染色质形成的机制.异染色质是一种抑制基因转录和DNA重组的特殊染色质结构.尽管在芽殖酵母和裂殖酵母中异染色质形成都需要组蛋白修饰,但异染色质建立的机制不同.在芽殖酵母中参与异染色质形成的主要蛋白是Sir1-4蛋白（其中Sir2为组蛋白H3去乙酰化酶）,而组蛋白H3赖氨酸9甲基化酶Clr4和异染色质蛋白Swi6在裂殖酵母异染色质形成中起关键的作用.在这两个酵母中,参与异染色质形成的组蛋白修饰蛋白由DNA结合蛋白招募到异染色质.此外,裂殖酵母也利用RNA干扰系统招募组蛋白修饰蛋白.     

CHD4在染色体重塑中的作用

染色质作为真核细胞遗传信息,体内外各种因素的作用致使不断的产生损伤,但是细胞仍能保持正常的生长、分裂和繁殖,这与基因组稳定性和完整性保持,并且通过自身的损伤修复有着密切的联系。ATP依赖的染色质重塑是染色质重塑的最重要的方式之一,主要是利用ATP水解释放的能量,将凝聚的异染色质打开,协调损伤修复蛋白与DNA损伤位点的作用,通过对组蛋白的共价键修饰或ATP依赖的染色质重塑复合物开启了DNA的损伤修复的大门。CHD4/Mi-2β的类SWI2/SNF2 ATP酶/解螺旋酶域结构域保守性最强,这一结构域存在与多种依赖于ATP的核小体重构复合物。Mi-2蛋白复合物称为核小体重塑及去乙酰化酶NuRd(nucleoside remodeling and deacetylase,NuRD),是个多亚基蛋白复合物,Mi2β/CHD4是该复合物的核心成员。近来的研究发现,CHD4具有染色质重塑功能,并且参与DNA损伤修复的调控。CHD4羧基端的PHD通过乙酰化或甲基化识别组蛋白H3氨基端Lys9(H3K9ac和H3K9me),并且通过Lys4甲基化(H3K4me)或Ala1乙酰化(H3A Lac)抑制与H3、H4的结合,为染色质重塑提供了保障。Mi-2β/CHD4参与DNA损伤反应,定位于DNA损伤γ-H2AX的foci。沉默Mi-2β/CHD4基因,细胞自发性DNA损伤增多和辐射敏感性增强。表明CHD4在染色质重塑中具有重要的作用。     

异染色质的开放

真核细胞的染色体分为异染色质和常染色质。异染色质的形成和传播是通过对组蛋白的甲基化、乙酰化的修饰,提供HP1的识别位点实现的。过去认为与异染色质结合的蛋白质是固定的,现有研究表明与异染色质结合的蛋白质是流动的,因此转录激活因子与异染色质蛋白的竞争,可能决定了异染色质的开放,并为基因的转录提供了前提。     

新型组蛋白赖氨酸酰基化修饰调控的基因转录及疾病

染色质是人类遗传信息的载体，位于染色质上的基因在不同的时空条件下的精准表达调控与DNA的可接触性和染色质相关复合物的密切关联。组蛋白是染色质的重要组成成份，组蛋白上的多种化学修饰，例如乙酰化、甲基化和磷酸化等构成组蛋白密码，实时调控染色质的开放程度及转录调节复合物与染色质的结合，导致基因转录的激活或抑制。随着高分辨率质谱和专一性化学修饰抗体制备技术的提高，一系列新型组蛋白赖氨酸酰基化修饰，例如巴豆酰化、乳酸酰化和琥珀酰化等被发现，进一步扩展了组蛋白密码的多样性，显著增加了组蛋白密码调控基因转录的复杂性。本文着重概述了新近发现的赖氨酸巴豆酰化、乳酸酰化、琥珀酰化、异丁酰化、甲基丙烯酰化和异烟酰化等新型组蛋白赖氨酸酰基化修饰的书写、阅读及擦除的动态调控分子机制，总结了这些组蛋白酰基化修饰在基因表达中的功能及调控机制，阐述了新型组蛋白酰基化修饰与人类疾病的关联，提出新型组蛋白酰基化修饰研究面临的挑战和未来研究的方向。     

染色质重塑复合物SAGA及其同源物的功能

基因表达调控是生物体生长发育的一个重要环节.在这一过程中,染色质重塑复合物扮演了非常重要的作用.SAGA是一个至少由20个蛋白组成的不依赖ATP的多功能染色质重塑复合物,它通过对组蛋白H3和H2B氨基末端赖氨酸乙酰化修饰来松动染色质结构,从而促进基因转录的起始.目前,对SAGA及其同源物的研究表明,SAGA及其同源物参与了许多重要的生物学功能,如mRNA输出、DNA损伤修复、胚胎发育、细胞癌变等.