Polycomb族蛋白以及组蛋白H3K27甲基化调控的结构和功能研究

在个体发育和分化过程中，细胞有选择性的进行基因沉默或基因表达，是与细胞核内染色质的结构发生高度动态变化相关，其最直接的影响因子是核小体本身的修饰。揭示组蛋白不同氨基酸上各种修饰对染色质结构的调控规律是表观遗传学研究的重要内容。位于组蛋白H3氨基酸序列上的第27位是一个赖氨酸（H3K27)，甲基化由Polycomb族蛋白完成，其甲基化及其调控在高等生物体的表观遗传研究中占有特殊的地位。本项研究的主要内容是针对Polycomb族蛋白的两个主要复合体，PRC1、PRC2以及H3K27去甲基化酶JMJD3的结构和生物化学性质进行研究。系统性地揭示H3K27甲基化在高等动物表观遗传中的分子机理，并使我国在此研究处于领先地位。

组蛋白H3K27的甲基化及调控在多细胞生物体的发育和分化、哺乳动物中的X染色体失活、干细胞自我更新等重要过程中起着不可缺少的作用。本项目选取对于组蛋白H3K27的甲基化以及甲基化的识别和调控起决定性作用的PRC2和PRC1两个蛋白质复合物，开展了结构、生化和生物物理特性的研究。同时也开展了核小体与多个以核小体为底物的组蛋白甲基转移酶/酶复合体、去乙酰化酶等的相互作用研究，以及核小体组装机理及染色质高级结构调控等方面的研究。.具体的研究进展如下：.1）全面开展了H3K27甲基化酶PRC2复合体各亚基的表达尝试及亚复合体的组装工作。特别是针对催化亚基EZH2开展了全面系统的表达筛选及纯化结晶筛选工作；.2）完成了人H3K27甲基化识别复合体PRC1主要组分Bmi1-Ring1B-HPH2的重组表达及复合体组装及结晶尝试，完成了核小体的体外重组，并已着手尝试核小体与PRC1复合体的组装；.3）针对果蝇中Polycomb复合物的组分Zeste，开展Zeste的DNA结合结构域与DNA序列的共结晶。目前已经得到稳定的Zeste与DNA复合物，并获得了可衍射至至3.5Å的晶体；.4）完成了组蛋白H3K79甲基转移酶Dot1与核小体复合物的纯化与组装工作；并开展了其他可与核小体相互作用的蛋白质（NCPBP）与核小体复合体的组装及结晶，获得了2个复合体的晶体，其中一个可衍射至3.2Å。.5）在染色质着丝粒区核小体组装机理研究中取得重要进展。解析了组蛋白伴侣HJURP与CENP-A以及组蛋白H4复合体的三维晶体结构。分析了组蛋白伴侣如何特异识别着丝粒区特征组蛋白变体的结构机理。此部分工作发表在2011年的Genes & Dev.杂志上。.6）在组蛋白伴侣DAXX对组蛋白变体H3.3-H4的特异识别研究中取得了重要进展。解析了DAXX-H3.3-H4复合体的晶体结构，揭示了DAXX阻止H3.3-H4形成四聚体并防止组蛋白与DNA非特异性结合的结构基础。此部分工作发表在2012年的NSMB杂志上。