人源PCL家族蛋白參與表觀遺傳調控的分子機理

《人源PCL家族蛋白參與表觀遺傳調控的分子機理》是依託北京師範大學，由王占新擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：人源PCL家族蛋白參與表觀遺傳調控的分子機理
• 依託單位：北京師範大學
• 項目負責人：王占新
• 項目類別：面上項目

項目摘要

人源Polycomb-like（PCL）家族蛋白包含PHF1、MTF2和PHF19三個成員，它們在DNA損傷修復、胚胎幹細胞發育和體節生成等基本的生命活動中起重要作用，它們的異常表達，比如PHF1的融合蛋白、PHF19截短體的過量表達等，與人類的多種癌症相關。現有工作表明人源PCL家族蛋白既可以識別含有H3K36me3的組蛋白密碼，又可以與PRC2的核心酶EZH2以及其他PRC2組分相互作用，表明PCL家族蛋白可以通過識別組蛋白密碼來調控PRC2的功能。但是PCL家族蛋白的多個保守結構域的結構以及它們與PRC2相互作用的分子機理並不清楚。本項目以結構生物學為主要手段，著重從分子水平上解析人源PCL蛋白N端多個保守結構域的組裝方式、它們與PRC2相互作用的機理以及它們同時識別組蛋白密碼和PRC2的分子機理。本項目希望通過對以上一系列複合物結構的解析找到PCL家族蛋白異常與人類疾病的關係。

結題摘要

PCL家族蛋白是表觀遺傳調控的重要複合物－PRC2的結合蛋白，已有的研究表明其可以調控PRC2複合物的活性或者在染色質上的招募，但是相關的分子機理並不清楚。PCL家族蛋白在果蠅里只有一個成員，稱為PCL。在高等哺乳動物里有3個成員，分別被稱為PHF1、MTF2和PHF19。這三個成員的異常與多種癌症相關聯，因此研究PCL家族蛋白的分子機理及其參與的表觀遺傳調控機理有很重要的生理意義。本項目主要從PCL家族蛋白的分子結構入手，通過蛋白質晶體學的方法解析了PHF1和MTF2的N端含有Tudor-PHD1-PHD2-EH四個結構域的晶體結構，發現PHF1/MTF2的EH結構域摺疊成winged-helix結構，能夠特異識別含有非甲基化修飾CpG基序的雙鏈DNA。發現PHF1/MTF2的Tudor結構域能夠特異識別含有H3K36me3修飾的組蛋白。基於此，解析了PHF1和MTF2與含有CpG基序的DNA和含有H3K36me3修飾的組蛋白的三元複合物的結構，揭示了PHF1/MTF2特異識別非甲基化修飾CpG基序的DNA和H3K36me3修飾的組蛋白的分子機理。通過與哈佛大學的施揚實驗室合作，發現在小鼠的胚胎幹細胞中，MTF2通過EH結構域對識別非甲基化的CpG基序將PRC2招募到基因組的CpG島上，而MTF2突變的細胞中，由於MTF2喪失了結合CpG DNA的能力，因此PRC2在CpG島上的招募也大大減弱。因此，我們的工作首次發現並證實了PCL家族蛋白的EH結構域能夠特異識別含有非甲基化的CpG基序，首次直接證實了PRC2通過PCL蛋白招募到基因組的CpG島上。這是該領域研究的重大突破。總結一下，我們發現了一類新的識別非甲基化CpG基序的結構域，這是繼17年前發現的CXXC結構域之外的第二類識別該DNA基序的蛋白結構域。該工作回答了困擾了人們很久的PRC2選擇性招募到CpG島這一重要機理，為進一步研究PCL-PRC2複合物在表觀遺傳調控中的作用，以及為靶向PRC2相關的癌症提供重要依據。