{科研}清华李海涛组在《Nat Chem Biol》报道巴豆酰化最新阅读器

2016年10月26日，bioart表示:自2010年加入清华医学院以来，李海涛教授主要运用生物物理学、生物化学和细胞生物学等学科，研究组蛋白修饰在表观遗传调控中的识别和催化机制。2014年，课题组与美国德克萨斯大学安德森癌症中心石实验室合作，在《自然》杂志上报道zmynd11是组蛋白变体h3.3特异性h3k36me3的读码器(注:后来复旦大学杨教授、蓝飞教授课题组也报道了mol细胞类似的研究结果)。同年，与石合作，发表了《细胞内组蛋白乙酰化的新类型》。

2016年，李海涛教授的研究小组发表了许多关于组蛋白巴豆化识别的文章，将巴豆化识别的分子机制推向了更高的水平。李海涛早年曾在美国斯隆-凯特琳癌症中心师从美国科学院院士丁肖·j·帕特尔教授，并多次与表观遗传学领域的重量级学者大卫·阿利斯教授合作，这种良好的学术合作一直保存至今，这在许多研究论文中都有很好的体现。李海涛教授曾获教育部长江工程青年学者、清华大学新学者、教育部新世纪优秀人才等奖项。

10月24日，清华大学高技术中心李海涛课题组在《自然·自然化学生物学与自然化学生物学》杂志上在线发表了“Moz和dpf2(Moz和DPF 2)双博士锌对组蛋白巴豆化的选择性识别”的论文。手指结构域对组蛋白巴豆化的选择性识别)，发现双phd锌指(dpf)结构域具有特异性识别组蛋白巴豆化修饰的分子功能。这项工作是在李海涛的研究小组今年年初首次将叶芝结构域确定为组蛋白巴豆酰化读码器之后进行的(Li等人，mol cell 2016；赵等，cell res 2016)在组蛋白修饰调控领域又取得了重大突破，加深了人们对巴豆酰化修饰生物学的认识。

组蛋白修饰是表观遗传调控的基本机制之一。它被认为是一种“组蛋白密码”，在染色质水平上调节遗传信息的解释，在基因表达和细胞命运决定中起重要作用。近年来，发现了许多新的组蛋白修饰，其中之一是组蛋白赖氨酸的乙酰化，如乙酰化(ac)、丙酰化(pr)、丁酰化(bu)、巴豆酰化(cr)等。其中组蛋白巴豆酰化是一种从酵母到人类保守存在的修饰密码，与主动转录和基因激活密切相关，调节基因表达和配子成熟等生物过程。自2011年芝加哥大学赵应明实验室(tan等人，cell 2011)报道组蛋白巴豆化以来，关于组蛋白巴豆化的产生、消除和识别机制的研究成为该领域的热点。2014年，香港大学李翔实验室发现sirt3具有消除组蛋白巴豆酰化的活性(bao等，ELIFE 2014)；2015年，洛克菲勒大学c . David allis实验室报道p300具有组蛋白巴豆酰化修饰活性(sabari等人，mol cell 2015)；接下来的机遇和挑战是寻找巴豆基化修饰的特异性识别读码器，它是组蛋白密码的直接解释器。

本研究对moz和dpf2的dpf结构域进行了系统的定量结合，并对配合物的晶体结构进行了分析。发现dpf结构域是一种组蛋白巴豆酰化偏好识别读码器，其识别组蛋白H3第14位赖氨酸(h3K14)巴豆酰化修饰的亲和力是相应乙酰化修饰的4-8倍，是相应丁酰化或丙酰化修饰的2-4倍。结构分析表明，moz的dpf结构域对组蛋白h3k14cr的识别诱导组蛋白h3的柔性尾形成两个刚性α螺旋，平面巴豆基被舒适而紧密地插入位于待识别dpf中心的疏水口袋中(图1)。本研究还分析了dpf结构域与h3k14丙酰化(h3k14pr)和丁酰化(h3k14bu)的复合结构。与两个碳烃链的乙酰基和三个碳烃链的丙酰基相比，dpf结构域的口袋大小更适合由四个碳烯烃链组成的巴豆基。虽然丁酰基也是四碳的烃链，但由于丁酰基的烷烃链没有双键，所以比巴豆基多两个氢原子，正是多余的氢原子会产生空位阻，使得dpf pocket无法以能量最优的方式识别丁酰基修饰，从而解释了dpf结构域更倾向于识别巴豆基修饰的原因。同时，本研究进行了免疫荧光共定位、染色质免疫沉淀结合荧光定量pcr等细胞功能实验。发现moz和h3k14cr共位于hoxa基因家族靶基因的启动子区，协调hoxa基因家族的表达。

Dpf结构域作为组蛋白巴豆酰化读码器的一种新型折叠类型，具有“底部封闭”读码器口袋，主要通过紧密的范德华接触和疏水相互作用实现对巴豆酰化的特异性识别。这种机制与以前报道的叶芝结构域“开放端”和溴代结构域“开放端”的酰化识别口袋有很大不同，显示了dpf结构域读码器口袋的独特性(图2)。含有dpf结构域的蛋白质因子，如moz、morf、dpf1、dpf2和dpf3，不仅与转录调控密切相关，而且它们的异常调控常导致人类疾病如白血病和癌症。Moz是一种重要的乙酰化转移酶，可以调节hox基因家族的表达，对造血干细胞的分化非常重要。其易位和融合蛋白的形成与白血病的发生直接相关。Moz还可以与brpf1/2/3、eaf6、5等重要表观遗传因子形成大的复合体，共同调控基因转录和表达。dpf2家族成员是baf染色质重塑复合体中的重要亚单位，在生物个体的早期发育或癌症的发生中起着关键作用。因此，本工作发现的dpf组蛋白巴豆化的识别功能提示巴豆化修饰在上述生理或病理过程中起着重要作用，并为今后调控组蛋白巴豆化提供了新的思路。

高科技创新中心李海涛教授是本文唯一的通讯作者，清华大学医学院2013级博士生熊晓哲是本文的第一作者，承担了从结构分析到功能分析的大部分工作。高技术创新中心的杰出学者李媛媛博士首先确定了dpf域的巴豆化识别活动。第二位作者，洛克菲勒大学博士tatyana panchenko，负责巴豆酰化修饰核小体的下拉实验。清华大学医学院和生物科学学院的博士生杨爽、赵帅、严培强、张文浩参加了这项工作。洛克菲勒大学的戴维·艾利斯教授、芝加哥大学的赵应明教授和清华大学生命科学院的卫玠教授作为合著者提供了专家指导和建议。本项目得到科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金重大研究计划和教育部独立研究计划的支持。衍射数据收集得到上海同步辐射源的大力支持和协助。