《冰島硫化葉菌染色體蛋白甲基轉移酶的鑑定及功能分析》是依託中國農業大學，由曹勤紅擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：冰島硫化葉菌染色體蛋白甲基轉移酶的鑑定及功能分析
- 依託單位：中國農業大學
- 項目負責人：曹勤紅
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
組蛋白翻譯後修飾在染色體結構與基因轉錄調控中起著關鍵的作用。近幾年在古菌蛋白(包括Cren7、Sul7d等染色體蛋白)中發現普遍的甲基化修飾現象，但迄今為止僅有極少數產甲烷古菌存在類似SET甲基轉移酶的零星報導。通過生物信息學分析，我們在硫化葉菌基因組中發現了兩個與Dot1序列相似度較高的基因：在Sulfolobus islandicus 中分別為SiR_1529及SiR_1419。前期實驗已初步證明SiR_1529具有體外甲基化活性，能對Cren7等底物進行甲基化。這是迄今為止首次在原核生物中發現Dot1家族基因。本項目擬在此基礎上，以冰島硫化葉菌為研究材料，深入研究硫化葉菌甲基轉移酶的性質、結構與作用機制，了解Cren7等染色體蛋白甲基化的生理功能，並探究其甲基化修飾在適應極端環境等過程中可能的作用。本項目旨在揭示泉古菌門首個蛋白甲基轉移酶，為表觀遺傳學的起源與演化提供新的啟示
結題摘要
本項目通過三年的研究完成了項目申請書和計畫書中的研究內容，並且獲得了一些意想不到的新進展。純化鑑定了首個古菌來源的甲基轉移酶aKMT4並分析了其生化特性，並且發現胞內染色質結構的形成能調節它對不同染色質蛋白的修飾活性。此外，我們發現冰島硫化葉菌的複製解旋酶sisMCM也是aKMT4的底物之一。甲基化修飾能顯著增強MCM在高溫下的DNA解旋酶活性。 賴氨酸殘基的甲基化修飾在古菌中普遍存在，但尚未報導相應的甲基轉移酶。我們發現了廣泛分布於古菌的賴氨酸甲基轉移酶aKMT4，在結構與功能上與真核生物甲基轉移酶KMT4/Dot1部分同源，但缺乏特異的底物識別結構域。aKMT4在體外能甲基化一系列與核酸代謝相關的底物，包括類組蛋白Sul7d和Cren7，RNA exosome的組分以及DNA複製解旋酶MCM。aKMT4存在自甲基化現象，可與其它底物競爭甲基基團。發生自甲基化後aKMT4不能把自身的甲基轉移給其他底物，當存在甲基供體時自甲基化的aKMT4比未甲基化的aKMT4酶活性降低。aKMT4-8A突變體阻斷自甲基化作用並提高了對其它底物的甲基化效率，揭示了aKMT4甲基轉移酶活性的自調節機制。DNA的存在顯著提高了aKMT4對Sul7d的甲基化效率，但對於Cren7的甲基化卻沒有影響。質譜結果和動力學分析都證明Sul7d與DNA形成染色質結構後更容易被aKMT4甲基化。這些結構暗示著在細胞內aKMT對不同的染色質蛋白的修飾活性與它們是否形成染色質結構相關。 此外，通過體外一系列底物的篩選我們發現重組的冰島硫化葉菌複製解旋酶sisMCM在體外能夠被aKMT4甲基化。sisMCM是真核生物複製解旋酶核心Mcm2-7的同源蛋白，這也是這一蛋白家族中首次被鑑定到存在甲基化修飾。質譜結果表明，重組sisMCM在體外被aKMT4修飾的位點與從硫化葉菌中純化的內源MCM的甲基化位點基本一致。在高溫條件下，甲基化修飾促進了MCM的解旋酶活性。這些甲基化修飾位點定位在蛋白質表面，很有可能通過對其表面局部疏水性或者電荷的改變來調節分子內或者分子間的相互作用。此外，模擬甲基化突變體具有與甲基化修飾的天然MCM蛋白相似的熱穩定性。 本項目揭示了原核生物甲基轉移酶的可能作用機制，為原核生物可能存在染色體結構動態調控提供了實驗證據，也提出了一種可能的極端嗜熱微生物適應高溫生長環境的新機制。
