核小体与蛋白质相互作用的结构机理研究

During development and cellular differentiation of higher eukaryote, cell fate determination is mainly governed by epigenetic regulation of gene expression, which is mainly achieved by dynamic regulation of higher-order chromatin structure. Nucleosome is the basic unit of eukaryotic chromatin. The formation and dynamics of higher-order chromatin structure is coupled to the assembly and modification of nucleosomes. In this project, we will study the structural mechanisms of nucleosome-protein interactions in the assembly, modification and recogniton of nucleosome, as well as the functional significants of these nucleosome-protein interactions in the regulation of higher-order chromatin structure.

在高等生物个体的发育和分化过程中，细胞命运的决定主要是通过表观遗传机制有选择地进行基因沉默或激活来实现的，而表观遗传调控主要是通过调控染色质高级结构的动态变化来实现的。核小体是真核生物染色质的基本结构单元，是构成染色质初级结构乃至高级结构的基石，它的组装、修饰和识别是染色质高级结构形成、维持及动态变化的基础。核小体组装、修饰和识别的结构机理研究对我们理解染色质高级结构的形成和维持、高等生物细胞分化这一重要及复杂的进程具有重要的意义。我们的研究主要围绕核小体组装、修饰和识别过程中核小体与蛋白质的相互作用开展：通过结构生物学手段，研究它们相互作用的结构基础和分子机理，分析它们在染色质高级结构形成与维持中发挥的重要作用。

本项目围绕核小体组装、修饰和识别过程中核小体与蛋白质相互作用的分子机制开展，通过五年的实施顺利完成了计划任务。取得的主要进展包括：1）、进一步完善了单核小体、寡核小体、核小体串珠等样品的体外重构技术，样品质量满足结晶及电镜结构分析的要求。建立了完善的定性、定量分析蛋白质与核小体相互作用的检测体系，体外成熟地组装大量蛋白质与核小体复合体样本；2）、解析了组蛋白修饰酶与底物以及调节蛋白复合体的晶体结构5个，包括组蛋白乙酰化酶与组蛋白伴侣复合体Rtt109-Asf1-H3-H4、组蛋白去乙酰化酶与底物及激动剂复合体SIRT1-p53-Rev、组蛋白甲基化酶与相互作用蛋白复合体DOT1L-AF10、甲基化酶与底物复合体SMYD3-MAP3K2等；解析了核小体与蛋白质复合体的晶体结构1个、电镜结构2个，包括病毒蛋白IE1与宿主核小体的识别以及异染色质相关蛋白Orc1和染色质重塑复合体SWI/SNF与核小体的相互作用等；3）、解析了组蛋白伴侣及组蛋白复合体的晶体结构2个，包括解旋酶亚基MCM2与Asf1-H3-H4复合体以及负责组蛋白运输的NASP与Asf1-H3-H4复合体结构；4）、发表了高水平文章10篇，其中Cell 1篇（第一标注），PNAS 及相当5篇（包括PNAS 2篇，Genes & Dev 2篇，eLife 1篇）；5）、培养了博士毕业生4名，硕士毕业生1名，博士后2人，优秀青年人才2人。项目负责人先后获得全国优秀科技工作者、北京市自然科学奖二等奖等多项奖励，并承担多个国家级创新团队任务，包括基金委创新群体负责人、科技部重点领域创新团队和国家重点研发计划蛋白质机器重点专项首席科学家等。