研究揭示SHL蛋白對抑制和活性組蛋白修飾的識別機制

6月21日，《自然-通訊》（Nature Communications）雜志在線發(fā)表了中國科學(xué)院分子植物**創(chuàng)新中心/植物生理生態(tài)研究所植物逆境生物學(xué)研究中心植物分子遺傳國家重點實驗室杜嘉木研究組和威斯康辛大學(xué)麥迪遜分校鐘雪花研究組合作完成的題為Dual recognition of H3K4me3 and H3K27me3 by a plant histone reader SHL 的研究論文，該研究綜合利用結(jié)構(gòu)生物學(xué)、生物化學(xué)、植物分子遺傳學(xué)和基因組學(xué)等手段聯(lián)合揭示了植物特有的組蛋白識別蛋白SHL通過自身BAH結(jié)構(gòu)域和PHD結(jié)構(gòu)域分別識別抑制性組蛋白修飾H3K27me3和活性組蛋白修飾H3K4me3的分子機制。

組蛋白的轉(zhuǎn)錄后修飾作為表觀遺傳中重要的調(diào)控機制之一，在包括基因表達(dá)調(diào)控等多種生物學(xué)過程中起著重要作用。組蛋白修飾的識別因子具有對于不同的組蛋白修飾特異性識別的能力，并進(jìn)而在染色體的狀態(tài)調(diào)控中起重要作用。通常識別蛋白含有多個組蛋白識別結(jié)構(gòu)域，這些結(jié)構(gòu)域通常以串聯(lián)的方式存在，并且在多價染色質(zhì)結(jié)合中起作用。

擬南芥SHORT LIFE (SHL)同時具有兩個潛在的組蛋白識別因子：BAH 及PHD 結(jié)構(gòu)域，在擬南芥的開花及種子休眠起到重要調(diào)控作用。在之前報道中表明SHL可以通過抑制開花過程中整合因子SUPPRESSION OF OVEREXPRESSION OF CO1 (SOC1) 的表達(dá)進(jìn)而抑制開花。盡管SHL蛋白起到了抑制開花的作用，其具體的分子機制還不是很清楚。

該研究中，研究人員首先通過組蛋白肽段微陣列芯片技術(shù)發(fā)現(xiàn)SHL蛋白可以識別組蛋白激活修飾H3K4me3 及組蛋白抑制修飾H3K27me3，通過ITC 證實SHL可以識別甲基化的H3K4和H3K27。緊接著，研究人員利用X射線晶體衍射的方法分別解析了SHL與H3K4me3及H3K27me3的復(fù)合物結(jié)構(gòu)，并結(jié)合其他生化實驗證實證明了SHL能夠分別通過其PHD和BAH域獨立識別活性組蛋白標(biāo)記H3K4me3和抑制標(biāo)記H3K27me3。通過Chip-seq實驗證實SHL在體內(nèi)分布與共富集H3K4me3和H3K27me3的區(qū)域相關(guān)。遺傳實驗證明SHL蛋白中的BAH-H3K27me3和PHD-H3K4me3結(jié)合位點突變會導(dǎo)致不能回補早期shl突變體開花表型，表明SHL與H3K27me3和H3K4me3的結(jié)合在體內(nèi)具有重要功能。

逆境中心二年級研究生呂莘辰是該輪文共同**作者，杜嘉木和鐘雪花為共同通訊作者。上海同步輻射光源國家蛋白質(zhì)設(shè)施BL19U1（SSRF）為數(shù)據(jù)收集提供了及時有效的支持。該研究工作得到了科技部國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金委以及中科院的經(jīng)費資助。