清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)系和結(jié)構(gòu)生物學(xué)中心李海濤課題組日前在國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature，2014年3月2日）和《基因與發(fā)育》（Genes & Dev，2014年3月3日）在線發(fā)表兩篇論文，從結(jié)構(gòu)生物學(xué)角度解析組蛋白甲基化修飾識(shí)別新機(jī)制，進(jìn)一步揭開(kāi)了錯(cuò)綜復(fù)雜的表觀遺傳調(diào)控（epigenetic regulation）的神秘面紗。

　　真核生物基因表達(dá)調(diào)控不僅依賴于特定的DNA序列元件，而且還受到特定組蛋白翻譯后修飾的精密調(diào)節(jié)。目前鑒定出的組蛋白修飾化學(xué)類型已超過(guò)25種，包括甲基化、酰基化、磷酸化等。這些組蛋白修飾及其組合被認(rèn)為構(gòu)成一組廣義上的“組蛋白密碼”，是表觀遺傳調(diào)控的重要機(jī)制之一。此外，各種組蛋白（H1，H2A，H2B，H3和H4）還普遍存在不同的序列變體。組蛋白變體和組蛋白修飾賦予組蛋白巨大的信息荷載能力，參與構(gòu)成一層超越DNA序列的表觀遺傳信息，在染色質(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)及基因表達(dá)調(diào)控等過(guò)程中起著關(guān)鍵作用。目前發(fā)現(xiàn)很多疾病與組蛋白修飾異常有著非常重要的關(guān)聯(lián)，因此研究組蛋白修飾的產(chǎn)生、消除以及讀取機(jī)制，對(duì)深入了解基因功能調(diào)控機(jī)制以及疾病的發(fā)生和治療等都有著重要意義。

　　李海濤課題組利用上海光源生物大分子晶體學(xué)線站（BL17U1），解析了bromo-PWWP-H3.1K36me3復(fù)合物和bromo-PWWP-H3.3K36me3復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)，結(jié)合從北京光源獲得的free bromo-PWWP晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，在原子水平精細(xì)闡釋了一種腫瘤抑制因子ZMYND11，利用其串聯(lián)“Bromo-ZnF-PWWP”結(jié)構(gòu)域識(shí)別組蛋白變體H3.3K36me3修飾的分子機(jī)制（圖a），相關(guān)論文發(fā)表在《自然》雜志上。功能實(shí)驗(yàn)與生物信息學(xué)分析進(jìn)一步表明ZMYND11通過(guò)識(shí)別組蛋白H3.3K36me3修飾，在轉(zhuǎn)錄延伸水平抑制了腫瘤發(fā)生相關(guān)基因的過(guò)度表達(dá)，進(jìn)而抑制腫瘤發(fā)生。該論文首次揭示出生物體內(nèi)存在組蛋白變體特異的甲基化識(shí)別蛋白。這種對(duì)組蛋白變體和甲基化修飾類型的雙重識(shí)別，是組蛋白修飾識(shí)別機(jī)制上的新亮點(diǎn)，體現(xiàn)了真核生物表觀遺傳調(diào)控的復(fù)雜性和重要性。本論文是在李海濤實(shí)驗(yàn)室、美國(guó)德克薩斯大學(xué)安德森癌癥中心助理教授施曉冰實(shí)驗(yàn)室以及美國(guó)貝勒醫(yī)學(xué)院助理教授李蔚實(shí)驗(yàn)室的通力協(xié)作下完成的。整個(gè)研究涵蓋了結(jié)構(gòu)生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)和功能基因組學(xué)等內(nèi)容，充分體現(xiàn)了當(dāng)前生命科學(xué)研究中多學(xué)科深度交叉的趨勢(shì)。

　　此外，李海濤課題組利用上海光源生物大分子晶體學(xué)線站（BL17U1）還解析了Spindlin1及其復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)，并在《基因與發(fā)育》雜志上報(bào)導(dǎo)了Spindlin1蛋白特異識(shí)別一種新型組蛋白甲基化修飾組合H3“K4me3─R8me2a”的分子結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，結(jié)合細(xì)胞生物學(xué)研究，探討了該識(shí)別在結(jié)腸癌Wnt信號(hào)通路中的激活調(diào)控作用（圖b）。Spindlin1是Spin/Ssty家族成員之一，參與細(xì)胞周期的調(diào)控，在多種腫瘤中高表達(dá)。結(jié)構(gòu)研究表明Spindlin1分別通過(guò)串聯(lián)Spin/Ssty結(jié)構(gòu)域2和1特異性識(shí)別組蛋白H3K4me3和H3R8me2a甲基化修飾；利用等溫量熱滴定法測(cè)定該識(shí)別的結(jié)合常數(shù)高達(dá)45納摩爾，是目前已報(bào)導(dǎo)的結(jié)合力最強(qiáng)的組蛋白修飾識(shí)別事件，充分顯示了組蛋白修飾多價(jià)態(tài)識(shí)別的潛力。

    a：組蛋白H3.3K36me3被ZMYND11串聯(lián)Bromo-ZnF-PWWP結(jié)構(gòu)域識(shí)別；b：組蛋白H3“K4me3-R8me2a”被Spindlin1串聯(lián)Spin/Ssty結(jié)構(gòu)域組合識(shí)別。