清华Nature子刊发表表观遗传学新成果

　　2016年10月25日讯 高等生物的基因组DNA围绕着由四种组蛋白组成的八聚体，形成碟状的核小体结构。基因组DNA以这样的形式包装成为染色质，使DNA受到良好的保护。通过“读取”模块识别组蛋白共价修饰是表观遗传学调控的一个主要机制。

　　最近人们发现了多种组蛋白赖氨酸酰化，比如巴豆酰化（Kcr）、丁酰化（Kbu）和丙酰化（Kpr），它们大大拓展了组蛋白赖氨酸修饰的编码能力。清华大学医学院的研究人员发现，双PHD锌指（DPF）结构域具有特异识别组蛋白巴豆酰化修饰的分子功能。这项研究发表在Nature Chemical Biology杂志上，文章通讯作者是清华大学医学院的李海涛（Haitao Li）教授。

　　李海涛研究团队今年年初首次把YEATS结构域鉴定为组蛋白巴豆酰化阅读器。现在他们又在组蛋白修饰调控领域取得了重要突破，深化了人们对巴豆酰化修饰生物学的理解和认识。

　　李海涛团队对MOZ和DPF2两类表观调控因子的DPF结构域开展了系统的定量结合和复合物晶体结构解析，发现DPF结构域是一类组蛋白巴豆酰化偏好识别阅读器。李海涛团队提供的资料显示，DPF结构域识别组蛋白H3第14位赖氨酸（H3K14）巴豆酰化修饰的亲和力是对应乙酰化修饰的4-8倍，是对应丁酰化或丙酰化修饰的2-4倍。结构解析表明MOZ的DPF结构域对组蛋白H3K14cr的识别诱导组蛋白H3的柔性尾巴形成了两个刚性的α螺旋，同时平面性的巴豆酰化基团舒适而紧密地插入到一个位于DPF中心的疏水口袋被识别。

　　研究人员还对DPF结构域和H3K14的丙酰化（H3K14pr）和丁酰化（H3K14bu）的复合物结构进行了解析。结构比较发现相对于两个碳烃链的乙酰和三个碳烃链的丙酰，DPF结构域口袋大小更加适合由四碳烯烃链组成的巴豆酰。丁酰虽然也是四个碳的烃链，但是由于丁酰的烷烃链没有双键，相对于巴豆酰多了两个氢原子，而恰恰是多出的氢原子可以产生空间位阻，使得DPF口袋不能以能量最优方式识别丁酰化修饰，从而阐明了DPF结构域偏好识别巴豆酰化修饰的原因。与此同时，研究人员还开展了免疫荧光共定位、染色质免疫共沉淀偶联荧光定量PCR等细胞功能实验，发现MOZ与H3K14cr共定位于HOXA家族靶基因的启动子区，协同调控着HOXA基因家族的表达。

　　DPF结构域作为一类新折叠类型的组蛋白巴豆酰化阅读器，拥有 “底部封堵” 型阅读器口袋，主要通过紧密的范氏接触和疏水作用实现巴豆酰化特异识别。这一机制与先前报到的YEATS结构域的 “末端开放” 型和Bromo结构域的 “侧面开放” 型酰基化识别口袋大不相同，体现出DPF结构域阅读器口袋的独特性。含有DPF结构域的蛋白因子，如MOZ、MORF、DPF1、DPF2和DPF3等，不仅与转录调控密切相关，它们的调控异常通常会导致白血病、癌症等人类疾病的发生。MOZ是一类重要的乙酰化转移酶，可以调控HOX基因家族的表达，对于造血干细胞的分化至关重要，其在基因上易位并形成融合蛋白与白血病的发生直接相关。MOZ还可以与BRPF1/2/3、EAF6和ING5等重要的表观遗传因子形成大复合物，来共同调控基因的转录和表达。而DPF2家族成员是BAF染色质重塑复合物中的重要亚基，在生物个体的早期发育或者癌症发生等过程有着关键作用。因此，研究人员所发现的DPF组蛋白巴豆酰化识别功能提示了巴豆酰化修饰在上述生理或病理过程中重要角色，为日后组蛋白巴豆酰化调控研究提供了一个全新的思路。