研究揭示SHL蛋白對(duì)抑制和活性組蛋白修飾的識(shí)別機(jī)制

6月21日，《自然-通訊》（Nature Communications）雜志在線發(fā)表了中國(guó)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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(shí)別蛋白SHL通過(guò)自身BAH結(jié)構(gòu)域和PHD結(jié)構(gòu)域分別識(shí)別抑制性組蛋白修飾H3K27me3和活性組蛋白修飾H3K4me3的分子機(jī)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(jī)制之一，在包括基因表達(dá)調(diào)控等多種生物學(xué)過(guò)程中起著重要作用。組蛋白修飾的識(shí)別因子具有對(duì)于不同的組蛋白修飾特異性識(shí)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(shí)別蛋白含有多個(gè)組蛋白識(shí)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(jià)染色質(zhì)結(jié)合中起作用。

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

該研究中，研究人員首先通過(guò)組蛋白肽段微陣列芯片技術(shù)發(fā)現(xiàn)SHL蛋白可以識(shí)別組蛋白激活修飾H3K4me3 及組蛋白抑制修飾H3K27me3，通過(guò)ITC 證實(shí)SHL可以識(shí)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(shí)驗(yàn)證實(shí)證明了SHL能夠分別通過(guò)其PHD和BAH域獨(dú)立識(shí)別活性組蛋白標(biāo)記H3K4me3和抑制標(biāo)記H3K27me3。通過(guò)Chip-seq實(shí)驗(yàn)證實(shí)SHL在體內(nèi)分布與共富集H3K4me3和H3K27me3的區(qū)域相關(guān)。遺傳實(shí)驗(yàn)證明SHL蛋白中的BAH-H3K27me3和PHD-H3K4me3結(jié)合位點(diǎn)突變會(huì)導(dǎo)致不能回補(bǔ)早期shl突變體開(kāi)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(jí)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(guó)家蛋白質(zhì)設(shè)施BL19U1（SSRF）為數(shù)據(jù)收集提供了及時(shí)有效的支持。該研究工作得到了科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金委以及中科院的經(jīng)費(fèi)資助。