清華新聞網(wǎng)12月20日電 真核生物染色質(zhì)上的組蛋白修飾能夠調(diào)控染色質(zhì)狀態(tài)和基因表達(dá)，組蛋白修飾往往通過(guò)它們的識(shí)別蛋白發(fā)揮調(diào)控作用。以往研究表明，組蛋白乙酰化修飾和H3K4me3修飾都與基因的活躍轉(zhuǎn)錄密切相關(guān)，然而這兩種修飾協(xié)同調(diào)控基因表達(dá)的關(guān)聯(lián)機(jī)制尚待研究。
清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)交叉研究院何新建實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)，擬南芥GTE4蛋白中的Bromo結(jié)構(gòu)域能夠特異識(shí)別組蛋白乙?；揎?，其對(duì)組蛋白上不同賴(lài)氨酸位點(diǎn)的乙酰化基團(tuán)的結(jié)合能力具有累加效應(yīng)，并且對(duì)組蛋白H4乙?；揎椀挠H和力遠(yuǎn)高于對(duì)組蛋白H3乙酰化修飾的親和力。對(duì)Bromo結(jié)構(gòu)域中保守氨基酸進(jìn)行突變能夠完全阻斷其對(duì)組蛋白乙?；揎椀淖R(shí)別能力，揭示了其對(duì)組蛋白乙酰化修飾識(shí)別能力的特異性（圖1）。
圖1.GTE4通過(guò)識(shí)別組蛋白乙?；揎梾⑴c植物生長(zhǎng)發(fā)育
進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，GTE4能夠與兩個(gè)功能冗余的蛋白EML1和EML2（EML1/2）結(jié)合，形成GTE4-EML復(fù)合體，其中EML1/2所包含的Tudor結(jié)構(gòu)域特異識(shí)別H3K4me3修飾。遺傳分析發(fā)現(xiàn)，eml1 eml2（eml1/2）雙突變體與gte4突變體具有相似的生長(zhǎng)發(fā)育缺陷，且兩種突變體中的差異表達(dá)基因高度重疊，顯示GTE4和EML1/2通過(guò)形成復(fù)合體共同調(diào)控基因表達(dá)，從而參與植物的生長(zhǎng)發(fā)育調(diào)控（圖2）。
圖2.GTE4和EML1/2共同調(diào)控基因表達(dá)和生長(zhǎng)發(fā)育
通過(guò)染色質(zhì)免疫沉淀結(jié)合測(cè)序分析，發(fā)現(xiàn)GTE4和EML2共同結(jié)合在基因組上兼具組蛋白乙?；虷3K4me3修飾的靶基因上，二者對(duì)靶基因的結(jié)合相互促進(jìn)。GTE4中Bromo結(jié)構(gòu)域的突變顯著降低GTE4對(duì)靶基因的結(jié)合能力，揭示了Bromo結(jié)構(gòu)域?qū)M蛋白乙?；揎椀淖R(shí)別參與了GTE4對(duì)靶基因的結(jié)合。此外，發(fā)現(xiàn)GTE4中的一個(gè)保守的-螺旋結(jié)構(gòu)域負(fù)責(zé)對(duì)EML1/2的結(jié)合，該-螺旋結(jié)構(gòu)域的敲除導(dǎo)致GTE4對(duì)靶基因的結(jié)合能力顯著降低（圖3）。這些結(jié)果表明，GTE4對(duì)組蛋白乙?；揎椀淖R(shí)別與EML1/2對(duì)H3K4me3修飾的識(shí)別之間相互協(xié)同，共同決定了GTE4-EML復(fù)合體對(duì)靶基因的結(jié)合能力。
圖3.GTE4中的Bromo結(jié)構(gòu)域和EML結(jié)合結(jié)構(gòu)域協(xié)作參與靶向
綜上，該研究發(fā)現(xiàn)了組蛋白乙酰化修飾的識(shí)別蛋白GTE4能夠與H3K4me3修飾的識(shí)別蛋白EML1/2互作形成GTE4-EML蛋白復(fù)合體，闡明了該復(fù)合體在全基因組水平結(jié)合靶基因的分子機(jī)制，拓展了對(duì)真核生物中不同組蛋白修飾互作機(jī)制的認(rèn)識(shí)。
相關(guān)研究成果以“GTE4-EML染色質(zhì)閱讀復(fù)合物同時(shí)識(shí)別擬南芥組蛋白乙?；虷3K4三甲基化”（The GTE4-EML chromatin reader complex concurrently recognizes histone acetylation and H3K4 trimethylationin Arabidopsis）為題，于12月18日在線(xiàn)發(fā)表于《植物細(xì)胞》（Plant Cell）。
何新建實(shí)驗(yàn)室博士后錢(qián)鋒、2019屆博士畢業(yè)生趙強(qiáng)強(qiáng)、2018屆博士畢業(yè)生周進(jìn)興、實(shí)驗(yàn)室生信分析工作人員袁丹陽(yáng)為論文共同第一作者，何新建研究員為通訊作者。研究得到科技部和國(guó)家自然科學(xué)基金委的資助。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1093/plcell/koae330
供稿：生物醫(yī)學(xué)交叉研究院
編輯：李華山
審核：郭玲
