SATB1 N-端结构域多聚化的分子基础和功能研究

SATB1(special AT-rich sequence binding protein 1)的过量表达是转移性乳腺癌细胞中最早出现的分子特征之一。SATB1通过原位调节和长距离协同两种模式，来改变乳腺肿瘤的染色质组织状态和转录型，导致乳腺癌细胞中近1000个基因表达的改变，从而促进肿瘤的生长和转移。但具体的分子机制不清楚。本项目拟利用生化、结构和细胞生物学的手段及方法，来研究SATB1的结构与功能。首先确定使SATB1蛋白多聚化的N-端结构域边界，其次解析该N-端结构域的三维结构，最后研究N-端结构域多聚化对SATB1结合DNA及蛋白的影响和建立体外细胞模型来研究SATB1参与乳腺癌细胞转移的作用机理。这些研究成果将揭示SATB1蛋白多聚化参与调控乳腺癌基因表达的作用方式和乳腺癌转移的分子机制，也为SATB1成为转移性乳腺疾病的一个有效的治疗靶点提供理论依据和指导。

该课题总体进展良好，研究工作按计划完成，很好地完成了课题任务书上的研究内容，达到了预期指标。在本项目中，我们通过结构生物学和生物化学的方法，对真核细胞中的染色质管家和转录调控因子SATB1的多聚化及DNA结合机制进行了研究。首先，我们解析了SATB1氨基端多聚化结构域的三维结构，该多聚化结构域与泛素（ubiquitin）结构域极为相似，而非之前认为的PDZ结构域，这个结构域被命名为ULD（ubiquitin-like domain）结构域。生化研究表明SATB1利用ULD结构域在水溶液中形成稳定的四聚体，并且四聚化在SATB1对特异性DNA序列的结合中发挥重要的作用。此外，等温热滴定（ITC）实验显示，SATB1四聚体可以同时结合两段目标DNA。基于以上数据，我们提出了一个SATB1通过组织染色质高级构象调控真核基因表达的分子模型。接下来，我们又解析了另外一个SATB1氨基端模块的三维结构。这个氨基端的分子模块包括一个ULD结构域和一个新发现的CUT结构域，被命名为CUTL（CUT-like）结构域。生化实验显示，SATB1的氨基端区域SATB1(1-248)，可以特异性的结合目标DNA，该区域包含SATB1氨基端起始的70个氨基酸和ULD-CUTL串联结构域。而CUTL结构域中关键氨基酸的突变会破坏SATB1(1-248)对DNA的结合能力。进一步研究表明，CUTL结构域对于全长SATB1识别并结合特异性DNA片断同样具有极为重要的贡献。基于这些研究，我们提出了一个SATB1在多个结构域的协同下，识别并结合目标DNA的模型。最后，我们组装了全长SATB1与DNA的复合物，并对该复合物进行了初步的生化分析和结构研究。综上所述，通过对SATB1的结构和生化研究，我们重新定义了SATB1的结构域组成，并提出了四聚化SATB1特异性结合DNA的分子模型。