9月23日，國際學術期刊Nucleic Acids Research在線發(fā)表了中國科學院分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心（生物化學與細胞生物學研究所）國家蛋白質(zhì)科學中心（上海）陳勇研究組的最新研究成果“The internal interaction in RBBP5 regulates assembly and activity of MLL1 methyltransferase complex”, 揭示了全長RBBP5參與MLL1甲基轉移酶復合物的組裝和活性調(diào)控的結構基礎和新的分子機制。

 

        組蛋白甲基化在許多生物學過程比如異染色質(zhì)的形成、X染色體的失活、轉錄調(diào)控中起到了重要的作用，其甲基化水平的異常能導致多種遺傳疾病和癌癥的發(fā)生發(fā)展。在哺乳動物體內(nèi)，組蛋白H3第4位賴氨酸的甲基化主要由MLL家族蛋白成員（MLL1/2/3/4, SET1A/B）共同行使。其中研究最多的是混合譜系白血病蛋白MLL1 (Mixed Lineage Leukemia 1)，它能與70多種基因發(fā)生重排形成融合蛋白。產(chǎn)生的MLL1 融合蛋白因其復合物組裝和酶活異常，造成機體的造血功能障礙而引發(fā)白血病。因此，MLL1是一個潛在的白血病治療靶標，研究其復合物的組裝和活性調(diào)控的分子機制有重大的意義和潛在的應用價值。

 

        與其它甲基轉移酶家族不同，MLL家族甲基轉移酶的激活受到RBBP5、ASH2L、WDR5這些輔助蛋白的共同調(diào)控。其中，RBBP5作為支架蛋白，在MLL1復合物的組裝和酶活調(diào)控中起到了巨大的作用。陳勇研究組的前期工作揭示了RBBP5中的一段保守多肽（RBBP5_AS+ABM）調(diào)控MLL家族蛋白活性的結構基礎和分子機制（Nature, 2016），但全長RBBP5蛋白參與MLL1甲基轉移酶復合物的組裝和活性調(diào)控的分子機制仍值得深入研究。

 

        在陳勇研究員的指導下，博士研究生韓建明、李婷婷等研究人員首次揭示了RBBP5存在內(nèi)部的相互作用，并且這種相互作用會顯著增強MLL1復合物的活性。為找出該蛋白內(nèi)部發(fā)生相互作用的關鍵氨基酸，研究人員解析了RBBP5_10-480高分辨的晶體結構。他們借助生化實驗鑒定出其內(nèi)部發(fā)生相互作用的關鍵氨基酸，并設計突變?nèi)テ茐膬?nèi)部相互作用后能顯著降低MLL1復合物的活性。接著，研究人員運用生物小角散射技術，揭示在溶液狀態(tài)中RBBP5內(nèi)部的相互作用可以使MLL1復合物的組裝更為緊湊。反之，若相互作用被破壞，則使其整體結構變得松散。令人驚喜的是，研究人員經(jīng)序列分析首次揭示了RBBP5的C末端存在一個哺乳動物特有的CTD3 motif。經(jīng)生化實驗表明，富集賴氨酸的CTD3能高度親和核小體DNA，增強MLL1復合物與核小體的相互作用，繼而促進復合物酶活的高效發(fā)揮。若將這些賴氨酸全部突變?yōu)楸彼幔瑫魅鮉LL1復合物結合核小體的能力，對其酶活發(fā)揮產(chǎn)生負調(diào)控。綜上，該研究成果揭示了全長RBBP5參與MLL1復合物組裝和活性調(diào)控的新機制，為進一步研究MLL家族復合物的動態(tài)調(diào)控奠定了基礎。

 

        生化與細胞所博士研究生韓建明為本文第一作者，陳勇研究員為通訊作者。感謝張江實驗室李娜博士、彭超博士、華東理工大學全舒研究員的大力支持和幫助。該研究得到張江實驗室國家蛋白質(zhì)科學研究（上海）設施BL19U1晶體衍射線站、BL19U2小角散射線站、質(zhì)譜分析系統(tǒng)和規(guī)?；鞍踪|(zhì)制備系統(tǒng)的大力支持和幫助。該研究工作獲得中科院戰(zhàn)略性先導計劃和國家自然科學基金委的經(jīng)費資助。

 

        文章鏈接