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我校与清华联合完成水稻首个表观修饰因子晶体结构解析

[ 添加日期:2013-01-29 点击率:6622 评论数:0 条]

    我校作物遗传改良国家重点实验室水稻团队周道绣课题组、张启发课题组与清华大学的娄智勇课题组合作,完成了水稻的一个组蛋白去甲基化酶JMJ703晶体结构的解析,揭示了组蛋白甲基化修饰这一表观调控因子的功能及其作用机制。这是世界上第一例完成解析的水稻表观修饰因子晶体结构,2013年1月24日,该研究成果在线发表在遗传学领域国际科学期刊《PLoS Genetics》上。我校博士研究生陈庆峰和陈香嵩为该论文的共同第一作者。
    真核生物的基因组DNA与组蛋白结合形成染色质的基本结构,调控基因表达,行使基因的生物学功能。位于组蛋白末端的一些氨基酸会被不同的化学基团修饰,导致染色质结构的改变,影响基因表达和基因组功能,这是一种表观调控机制。组蛋白甲基化是组蛋白修饰的一种主要形式,发生在不同赖氨酸位点的甲基化对调控基因表达功能是不同的,甚至是完全相反的。因此弄清组蛋白甲基化酶和去甲基化酶如何特异地识别这些不同的赖氨酸位点是解析表观遗传机理的焦点之一。
    本研究通过生化分析发现,JMJ703蛋白能够特异的去除组蛋白H3第四位赖氨酸位点(表示为H3K4)的甲基化。为了了解JMJ703如何特异的识别其作用位点,进一步解析了JMJ703的蛋白晶体结构,鉴定出了该蛋白的催化结构域中的一些关键氨基酸,它们分别参与了与辅基的相互作用以及重要的底物的特异性识别。与其它组蛋白赖氨酸位点如H3K9/H3K36的去甲基化酶相比,JMJ703在结构上既存在与酶活性相关的保守结构的相似性又有识别H3K4甲基化底物的特异性,这些结果初步揭示了该蛋白行使去甲基化酶活性的机制。
    这是首次报道的H3K4位点去甲基化酶蛋白的分子结构,也是水稻中的首个表观修饰因子的晶体结构,对于表观遗传学的机理研究有着重要的意义。同时,细胞学分析和基因表达检测显示,JMJ703可能通过调节一类与激素代谢相关基因的组蛋白H3K4甲基化修饰来维持正常的激素水平,从而保证水稻的正常发育,这也丰富了染色质调控因子在调控个体发育中的功能研究。

    研究论文链接:http://www.plosgenetics.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pgen.1003239

编辑:babyblue
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文字作者: 赵毓 陈香蒿[生命科学技术学院] 

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