【Nature子刊】上海逆境中心和威斯康星大学合作发现了拟南芥中SHL蛋白能同时识别抑制和活性组蛋白修饰!!

2023-05-10 14:56:27



iPlants:

  2018年6月21日,Nature Communications杂志在线长文发表了来自合作题为“Dual recognition of H3K4me3 and H3K27me3 by a plant histone reader SHL”的研究论文。该论文为我们揭示拟南芥中的植物特有的组蛋白识别蛋白SHL通过自身BAH结构域和PHD结构域分别识别H3K27me3和H3K4me3。因此,SHL蛋白能同时识别抑制性组蛋白修饰H3K27me3,又能识别活性组蛋白修饰 H3K4me3,增加了我们对识别组蛋白修饰及其功能的新认识!

   表观遗传调控存在于植物,动物和真菌中保守的重要基因调控机制,涉及到许多生物过程,包括基因组稳定,基因印迹,适当的发育和生理以及环境响应。表观遗传修饰包括了DNA甲基化和组蛋白的翻译后修饰(PTM),两者能形成复杂的相互关系。表观遗传修饰通常是动态调控的,因此需要包括三个组分:Writer、Eraser 和Reader。其中识别蛋白(Reader)能够识别修饰后的组蛋白,并通过招募结合其他蛋白将修饰的信号传递下去。


 之前研究表明识别蛋白中的识别结构域对不同的组蛋白PTM表现出不同的结合特异性,并且这种特异性PTM识别有助于抑制或活化染色质状态以调节基因表达。例如,Bromo 结构域主要作为乙酰赖氨酸识别基序。PHD结构域能够结合组蛋白赖氨酸残基不同序列背景的甲基化及未甲基化和乙酰化赖氨酸残基。 Chromo 结构域表现出对组蛋白赖氨酸甲基化的强结合偏好。BAH结构域是一种进化上保守的结构域,已知可识别不同的组蛋白修饰。


    通常许多识别蛋白含有多个组蛋白识别结构域,这些结构域通常以串联的方式存在,并且在多价染色质结合中起作用。并且大多数识别蛋白通过多个识别结构域结合类型的PTM的状态,如活性或抑制性组蛋白标记。如拟南芥中DNA甲基化转移酶CMT3含有BAH和Chromo结构域,两者都与抑制性组蛋白修饰H3K9me2相互作用。但也有例外,如TRIM33中的一系列的PHD可以识别抑制标记H3K9me3和活性标记H3K18ac。


图 CMT3 蛋白的作用机制(Cell. 2012 Sep 28;151(1):167-80.)

   在拟南芥中,两个旁系同源物SHL和EBS蛋白含有BAH和PHD双重结构域,能在染色质水平介导抑制开花和种子休眠中起作用。尽管结构域相似,但两者采用不同的机制抑制开花基因来调节开花。EBS调节FT的表达,而SHL抑制SOC1表达以抑制开花。尽管SHL具有抑制作用,但其分子机制仍然不是很清楚。


   该文首先通过生化和结构生物学证明了SHL能够分别通过其PHD和BAH域独立识别活性组蛋白标记H3K4me3和抑制标记H3K27me3。

  其次,通过Chip-seq实验证明了在SHL结合基因上,都包括了H3K4me3和H3K27me3共同修饰的富集,说明了SHL在体内与共富集H3K4me3和H3K27me3的区域相关。

  最后,遗传实验证明SHL蛋白中的BAH-H3K27me3和PHD-H3K4me3结合位点突变会导致不能回补早期shl突变体开花表型,表明SHL与H3K27me3和H3K4me3的结合在体内是具有功能性的。


综上所述,文章通过生物化学和结构生物学及遗传学,充分证明了SHL蛋白能同时通过其PHD和BAH域独立识别活性组蛋白标记H3K4me3和抑制标记H3K27me3,并且是具有功能的。为我们建立了单一的蛋白质介导的双组蛋白标记识别的模型。但是该文并没有具体解释两个不同的修饰是如何相互协调起作用?估计会在下一篇文章得到答案,期待!


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