组蛋白变体结构及其参与的表观遗传调控机理研究

组蛋白变体对常规组蛋白的替换可以改变核小体和染色体结构，从而进行基因组的表观遗传调控。H2A.Z和CenH3分别是组蛋白H2A和组蛋白H3的变体，它们参与各种表观遗传调控机制，与很多重要的生物学问题密切相关。我们尝试发展一种将蛋白质工程辅助的核磁共振与X射线晶体学相结合的研究方法，探讨组蛋白变体的结构及其参与的表观遗传调控机理。我们将通过研究H2A和H2A.Z的交换机制和相关结构，回答染色质重塑复合物如何调控H2A.Z在在染色质上的定位，阐明H2A.Z核小体的结构和功能关系，理解染色质重塑的作用机理。我们将通过研究染色体着丝点蛋白和CenH3核小体特异识别机制和相关结构，回答CenH3如何依靠其特异的蛋白序列指导着丝点形成，加深理解CenH3对着丝粒的决定机制。本课题将从重要的生物学问题入手，阐明组蛋白变体在关键表观遗传调控机制中的作用，为理解表观遗传调控异常导致的各种疾病提供理论基础。

组蛋白变体对常规组蛋白的替换可以改变核小体和染色体结构，从而进行基因组的表观遗传调控。H2A.Z和CenH3分别是组蛋白H2A和组蛋白H3的变体，与基因转录和细胞分裂等生物学过程密切相关。我们分别测定了H2A.Z-H2B与组蛋白伴侣Anp32e以及染色质重构复合物亚基YL1/Swc2所形成的复合体的高精度晶体结构；此外，我们还测定了人源染色质重构复合物SRCAP亚基SRCAP蛋白和组蛋白变体H2A.Z的三元复合物晶体结构，并获得了CenH3-H4与E3泛素连接酶Psh1所形成的复合体晶体。本研究不但揭示了H2A.Z被特异识别的分子机理，初步阐明了H2A.Z的体内交换和染色质定位机制，而且为研究CenH3特异识别以及着丝粒的动态调控机制奠定了良好基础。.在H2A.Z参与基因转录的过程中，Anp32e和YL1/Swc2的调控发挥至关重要的作用。Anp32e的工作以封面论文的形式在Cell Res杂志发表后，获得Faculty of 1000的专家推荐，EMBO rep以及F1000Prime Rep上的综述文章也对该研究进行了点评。Nat Struct Mol Biol杂志的匿名评审对YL1/Swc2的工作也做出了积极评价，认为“In terms of general interest, this referee would thus rate this (largely) structural manuscript as a landmark in the field”。上述评价充分说明了解Anp32e和YL1/Swc2的结构和识别机制对了解组蛋白伴侣的识别机制具有重要意义。.目前，组蛋白伴侣的识别机制是表观遗传调控研究的热点之一，面临激烈的国际竞争。我们对组蛋白伴侣的特异识别机制进行了长期系统的研究，先后解析了多个伴侣蛋白与组蛋白变体的复合物结构，阐明了多种不同的识别机理。成功测定Anp32e和YL1/Swc2的复合物结构对于我们在竞争激烈的国际前沿占据一席之地具有重要意义。此外，本研究对于阐明组蛋白变体在表观遗传调控中的作用，理解表观遗传调控异常导致的各种疾病具有重要意义。