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2014年3月3日，意昂体育平台醫學院與結構生物學中心李海濤研究組以及生命科學學院吳畏研究組聯合在《Genes & Development》雜誌在線發表論文，報導了Spindlin1蛋白識別特定組合型“組蛋白甲基化密碼”的分子結構機製，並結合細胞生物學研究，探討了該識別事件在結腸癌Wnt信號通路中所起到的調控作用。

圖1

Spindlin1 是Spin/Ssty家族成員之一，參與細胞周期的調控，在多種腫瘤中高表達。Spindlin1蛋白由三個串聯重復的Spin/Ssty結構域組成（圖1a），其中每個Spin/Ssty結構域是由4-5個反向平行的β片層組成的半β折疊桶，與經典的組蛋白閱讀器（reader）結構域“Royal家族”成員Tudor類似（圖1b）。先前的研究表明，Spindlin1可以特異識別組蛋白H3四位賴氨酸三甲基化修飾（H3K4me3），激活rRNA基因轉錄。本研究則進一步發現，Spindlin1可以分別通過Spin/Ssty repeats 2和1特異性識別組蛋白H3K4me3和H3R8me2a(組蛋白H3八位精氨酸非對稱二甲基化)（圖1b)，實現對一條組蛋白尾巴上“K4me3-R8me2a”組合型甲基化修飾的共識別（圖1b，c）。利用等溫量熱法測得該識別的結合常數高達45納摩爾（圖1d），是目前已報導的結合力最強的組蛋白修飾識別事件。本工作還發現Spin/Ssty repeat 1利用一個窄而深的芳香籠口袋特異識別精氨酸非對稱二甲基化（Rme2a）修飾，而同樣的口袋卻不能容納精氨酸對稱二甲基化（R8me2s）（圖1e），呈現一種精氨酸甲基化類型的特異性識別。有趣的是，已有工作表明，H3R8me2s往往與轉錄抑製有關，而H3R8me2a與轉錄激活有關。本工作所揭示的Spindlin1與H3R8me2a的特異識別與Spindlin1的轉錄激活作用完全吻合，從而從分子機製上部分詮釋了H3R8me2a與轉錄激活的內在聯系。

進一步的功能研究發現Spindlin1的這種特異識別機製在Wnt信號通路中發揮了重要功能。在結腸癌細胞系HCT116中敲低Spindlin1和PRMT2（一種H3R8精氨酸非對稱二甲基化酶）都會導致Wnt靶基因的轉錄下調，並且Spindlin1作用於PRMT2的下遊激活基因轉錄。染色質免疫共沉澱（ChIP）實驗進一步驗證了Spindlin1在Wnt信號下遊靶基因啟動子區的富集(圖2a)。更重要的是，本研究新發現Spindlin1不僅可以高效識別H3K4me3和H3R8me2a修飾組合，而且還可以特異結合Wnt通路核心轉錄因子TCF4的一段羧基端肽段。利用等溫量熱法測得約3.9微摩爾的結合力（圖2b）。簡而言之，Spindlin1作為一種重要的組蛋白修飾閱讀器（reader），很可能作為轉錄因子和組蛋白密碼間的橋梁，調控Wnt信號下遊靶基因的表達（圖2c）。

圖2

意昂体育平台生命科學學院博士後朱貴欣和醫學院2010級博士研究生蘇曉楠為該論文共同第一作者。生命學院2010級本科生（清華學堂班）丁霄哲同學為本論文第三作者，意昂体育平台李海濤研究員和吳畏教授為共同通訊作者。本論文合作研究小組還包括美國密歇根大學竇亞麗副教授，北京生命科學研究所的朱冰研究員等。本研究得到科技部973計劃，國家基金委自然科學基金，教育部新世紀優秀人才計劃，意昂体育平台221人才計劃，清華-北大生命聯合中心，大學生創新創業訓練計劃等資助。衍射數據采集得到了上海同步輻射光源大力協助。

轉自清華新聞網