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澳门赌场平台_手机赌博网站郭永实验室研发出“一步法”超快速微液滴芯片 键合和表面疏水改性方法 时间:2018-11-22

2018年11月13日,李海涛的澳门赌场平台_手机赌博网站研究小组和中国科学院院士孙倩雯和李伟龙发表了题为“植物HP1蛋白ADCP1将多价H3K9甲基化读数与异染色质形成联系起来”的报告。细胞研究杂志。 HP1蛋白ADCP1与多价状态组蛋白H3K9甲基化识别和介导异染色质形成相关的合作研究揭示了一种新的组蛋白甲基化读数ADCP1独特的植物,并将其鉴定为动物HP1(异染色质蛋白1,异染色质1)功能同源物,揭示其在植物异染色质维持和转座子元件沉默中的作用,突出了不同生命领域中表观机制的复杂性和保守性。

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图1. ADCP1识别组蛋白H3K9me2修饰以介导异染色质形成

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HP1是一种异染色质蛋白,从裂殖酵母到人类都是保守的。它含有识别组蛋白H3K9甲基化修饰的染色体结构域和可以自我二聚化并介导与其他蛋白质相互作用的染色体。该结构域在组成型异染色质的形成和维持中起重要作用。令人惊讶的是,植物中尚未报道这些重要的表观因子。在拟南芥中,HP1序列同源蛋白LHP1主要识别组蛋白H3K27甲基化修饰,其起到类​​似于动物中多聚(Pc)家族成员的功能的作用(主要调节兼性异染色质形成)。 。那么植物实际上是否具有与动物HP1类似的功能,以及通过识别组蛋白H3K9甲基化来调节异染色质功能的蛋白质?围绕这一科学问题,李海涛的研究团队和合作者开发了基于表面阵列等离子体共振成像(SPRi)的微阵列筛选平台(Zhao等,PNAS 2017)和拟南芥的潜力。系统地表征了读者结构域(Zhao等,Cell Rep 2018)。在最新的研究中,研究人员筛选了一类识别H3K9甲基化的Aegnet结构域蛋白,并基于SPRi平台植物特异性:ADCP1(含Agenet结构域蛋白1),发现动物HP1不存在ADCP1。序列同源性,但其识别性质,结构基础,异染色质功能调节和组蛋白的相分离行为与动物HP1高度相似,显示出功能同源的进化分子设计。

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ADCP1本身是一种三重串联Agenet结构域蛋白,在植物中高度保守并广泛表达。基于SPRi筛选结合等温量热滴定(ITC)实验,研究人员确定ADCP1的三个串联Agenet结构域是位点特异性H3K9me2(组蛋白H3赖氨酸9二甲基化)修饰读者。并且可以通过修饰相邻的H3S10ph(组蛋白H3丝氨酸10磷酸化)来破坏结合。通过修饰肽复合物的晶体结构,研究人员阐明了ADCP1识别组蛋白H3K9me2的分子基础,并进行了突变实验验证。在解析的复杂晶体结构中,ADCP1串联Agenet域呈现出独特的整体折叠和肽识别模式(图1)。每个串联Agenet域中的两个Agenet单体以“头对头”方式聚集,并由一段氨基末端α螺旋,一对羧基末端β折叠和一段两个支持。 Agenet单体。由氨基环形成的疏水簇是稳定的。组蛋白H3(1-10)多肽与远离疏水性簇基的酸性表面结合,其中识别出H3K9me2插入第二Agenet结构域的“芳香笼”,并且未修饰的H3K4插入到首先识别Agenet结构域的酸性口袋,同时诱导H3多肽的4-7区段形成α螺旋的一小段,其参与两个Agenet结构域的界面处的识别。 ADCP1对H3K9me2的识别依赖于组蛋白H3K4和更近端的氨基末端序列,而H3K9和H3K27的相邻和保守的“ARKS”基序不参与密钥识别,因此ADCP1对H3K27完全没有结合,这解释了ADCP1对H3K9me位点识别的特异性。

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在接下来的工作中,研究人员使用免疫荧光染色和ChIP-seq实验证实了ADCP1与植物中异染色质H3K9me2的共定位(图1)。 ADCP1富集在着丝粒区的异染色质区和常染色体臂的异染色质贴片区,并且优先富含更长的转座子(> 4kb),尤其是Gypsy LTR反转录转座子。随后,通过观察adcp1突变体并瞬时过表达ADCP1至原生质体的chromocenter浓缩状态,研究人员发现ADCP1对异染色质染色中心的形成至关重要,其缺失或过表达导致染色。中心的分散或分散,并且该过程依赖于对H3K9me2的识别。进一步的研究表明,adcp1突变体中H3K9me2和CHG/CHH甲基化水平显着降低,并且某些转座子表达活化。总之,研究人员在拟南芥中的功能研究表明,ADCP1是植物HP1家族的重要成员,对于异染色质形成,H3K9me2和CHG/CHH甲基化维持,转座子沉默是必不可少的。

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ADCP1的内在多价H3K9甲基化识别能力及其与动物HP1在异染色质调节中的相似性表明它也可能具有介导异染色质相分离的能力。相分离是在生物体中观察到的重要生物物理现象。它在许多重要的生物事件中起着重要的调节作用,是生命科学领域的重要理论突破。多价化合物识别是相分离的重要物理和化学基础。由于修饰的核蛋白念珠串是天然的多价分子分子,组蛋白修饰阅读器也可以以高价状态存在,因此染色质很可能在体内发生相分离。最近,在果蝇和哺乳动物细胞中均观察到异染色质相分离,并且HP1在该过程中在支架成核中起重要作用(Larson等,Nature,2017; Strom等,Nature,2017)。在这项工作中,研究人员发现ADCP1具有内在的自相分离能力,并且通过构建具有H3K9甲基化修饰的多核串,证实ADCP1以H3K9甲基化依赖性方式介导多核小体。分离字符串的能力(图2)。此外,研究人员还证明,这种H3K9甲基化依赖性相分离可被H3S10ph修饰破坏,这表明异二色素相分离的“二元转换”负调控机制。

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图2. ADCP1介导H3K9甲基化多核胶体相分离

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通常,尽管序列不同,但植物ADCP1与动物HP1:1)属于“王室”结构域的成员具有许多功能同源性; 2)特异性识别H3K9me修饰而不识别H3K27me3修饰; 3)H3S10ph会破坏与H3K9me的结合; 4)通过“芳香笼”识别赖氨酸甲基化; 5)具有异染色质相分离能力的多价状态识别; 6)可以靶向异染色质形成并介导转座子的沉默。因此,本研究表明ADCP1作为植物HP1发挥作用,多年来一直未被发现,并且在植物异染色质的形成和维持中起着重要的调节作用。考虑到ADCP1及其同源蛋白在植物中的高度保守性,该工作是ADCP1及其同源蛋白在其他植物中的基础和应用,尤其是具有较高转座子组分的水稻和玉米等战略性经济作物。研究提供了新的切入点和方向。

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澳门赌场平台_手机赌博网站李海涛教授和生物科学研究所的孙倩雯研究员和李伟龙是本文的合着者。赵帅博士和博士来自澳门赌场平台的学生程玲玲,齐一飞和张百超是本文的共同第一作者。李海涛的研究小组负责ADCP1的鉴定和分子机制分析。孙前文的研究小组负责完成植物功能实验。李小龙的研究小组领导了相分离实验。澳门赌场平台_手机赌博网站博士后研究员郑向东和博士生王亮在相分离实验中做出了重要贡献。该项目得到了科技部国家重点研究发展计划,国家自然科学基金,青少年人才计划,清华北京生命联合中心,北京结构生物学创新中心等的支持。澳门赌场平台独立研究基金会。数据采集​​和仪器仪表得到了上海同步辐射源和“凤凰工程”北京蛋白质基础设施的大力支持和帮助。

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◎纸链接:

https://www.nature.com/articles/s41422-018-0104-9

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