JMJD5催化單甲基化組蛋白H3氨基末端水解.pdf

1、本文對(duì)JMJD5催化單甲基化組蛋白H3氨基末端水解進(jìn)行了研究。組蛋白H3氨基末端區(qū)域呈柔性游離狀態(tài),末端的側(cè)鏈能被核內(nèi)不同的酶甲基化、乙?；约傲姿峄Ｍㄟ^(guò)這些氨基末端側(cè)鏈的翻譯后修飾,使得組蛋白能夠調(diào)控染色質(zhì)的折疊進(jìn)而調(diào)控基因的表達(dá)。目前為止,氨基末端主要位點(diǎn)的翻譯后修飾均已找到其對(duì)應(yīng)的酶來(lái)移除。H3氨基端的修飾同樣也包括其殘基的肽鍵被水解而切割。新的證據(jù)表明H3氨基末端水解切割不同于H3蛋白的替換,也是受酶活性作用的調(diào)節(jié).最近,組蛋

2、白氨基末端的水解切割被證明在哺乳動(dòng)物和酵母的分化過(guò)程中對(duì)基因的表達(dá)調(diào)控起著重要的作用。H3氨基末端被切割后將側(cè)鏈上的修飾連同整個(gè)肽段被移除,從而產(chǎn)生一個(gè)新的更短的殘基,它是應(yīng)對(duì)環(huán)境改變的一種翻譯后修飾之一。像營(yíng)養(yǎng)缺失等細(xì)胞應(yīng)激條件會(huì)通過(guò)觸發(fā)以上的修飾,比如水解切割等來(lái)影響組蛋白H3氨基末端的活性。然而,在細(xì)胞核內(nèi)對(duì)H3氨基末端進(jìn)行水解切割的酶卻仍然未知。
　　 在染色質(zhì)中,組蛋白氨基端殘基能被多種翻譯后修飾調(diào)控,包括甲基化、乙酰

3、化、磷酸化以及蛋白水解切割。然而,組蛋白氨基端殘基的水解切割機(jī)制卻還沒(méi)有研究清楚。在本文中,首先我們利用生物信息學(xué)結(jié)構(gòu)分析,發(fā)現(xiàn)JMJD5這種只含有Jumonji C(JmjC)結(jié)構(gòu)域的蛋白具有比傳統(tǒng)含JmjC域的組蛋白去甲基酶更長(zhǎng)的氨基末端,且其二級(jí)結(jié)構(gòu)與Cathepsin L具有很大的相似性。通過(guò)多種方法,我們證明了JMJD5蛋白是一種新型的組蛋白水解酶,負(fù)責(zé)對(duì)組蛋白H3的氨基末端進(jìn)行水解切割,進(jìn)而可能調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄。其次,我們利用

4、體外反應(yīng)法和細(xì)胞內(nèi)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步對(duì)JMJD5的催化特性進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)JMJD5在H3單甲基化賴氨酸位點(diǎn)的羧基端進(jìn)行切割,形成一個(gè)較短的氨基末端,從而移除一部分表觀遺傳標(biāo)志。體外H3肽段水解試驗(yàn)結(jié)果顯示JMJD5唯獨(dú)切割單甲基化(mMK)的H3肽段,而對(duì)二甲基化(dMK)、三甲基化(dMK)以及無(wú)甲基化(uMK)的H3肽段沒(méi)有或幾乎沒(méi)有水解切割作用。最后,為了研究JMJD5蛋白的結(jié)構(gòu)特征,我們構(gòu)建并表達(dá)了JMJD5蛋白的截?cái)囿w和突變體,發(fā)現(xiàn)J

5、MJD5的JmjC結(jié)構(gòu)域使JMJD5蛋白自身二聚化并具有結(jié)合組蛋白H3氨基端的功能,此外,JMJD5蛋白的氨基端結(jié)構(gòu)卻對(duì)整個(gè)蛋白的活性有一定的抑制作用。于此同時(shí),實(shí)驗(yàn)室其他成員利用實(shí)時(shí)熒光定量PCR技術(shù)(qRT-PCR)對(duì)部分組蛋白甲基化依賴的基因進(jìn)行檢測(cè),發(fā)現(xiàn)在細(xì)胞內(nèi)全長(zhǎng)的JMJD5過(guò)表達(dá)能抑制這些基因的轉(zhuǎn)錄,而僅僅過(guò)表達(dá)JMJD5的氨基端結(jié)構(gòu)卻一定程度上緩解了細(xì)胞內(nèi)源性JMJD5對(duì)這些基因轉(zhuǎn)錄的抑制作用,進(jìn)一步證明了JMJD5氨基端

6、結(jié)構(gòu)是一段負(fù)性調(diào)控的區(qū)域。有趣的是,在本實(shí)驗(yàn)室經(jīng)典研究模型MNNG刺激下,不僅細(xì)胞中錯(cuò)配修復(fù)基因表達(dá)明顯上調(diào),JMJD5基因的表達(dá)也隨之迅速上調(diào),單獨(dú)過(guò)表達(dá)JMJD5蛋白也能引起這些錯(cuò)配修復(fù)基因的表達(dá)上調(diào),而過(guò)表達(dá)JMJD5或使用SiRNA抑制JMJD5表達(dá)分別能緩解和增強(qiáng)MNNG引起的細(xì)胞周期阻滯效應(yīng)。之前JMJD5被報(bào)道具有對(duì)H3K36me2去甲基化的功能,以上現(xiàn)象提示了JMJD5在MNNG誘導(dǎo)下,可能通過(guò)移除錯(cuò)配修復(fù)基因表達(dá)區(qū)的抑