組蛋白H3末梢賴氨酸甲基化.pdf

1、乙酰化、甲基化、磷酸化和泛素化是不同類型的組蛋白末梢共價(jià)轉(zhuǎn)移后修飾。這些修飾以二十年前難以想象的方式對(duì)基于DNA的事件進(jìn)行調(diào)節(jié)。最近，越來越多的證據(jù)表明組蛋白常規(guī)甲基化的失敗會(huì)導(dǎo)致發(fā)展失調(diào)類疾病，因而組蛋白甲基化相關(guān)研究倍受關(guān)注。本論文主要以理論計(jì)算為工具圍繞組蛋白賴氨酸甲基化展開，研究了組蛋白賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶催化轉(zhuǎn)移甲基的機(jī)理，甲基化賴氨酸對(duì)陽離子—π相互作用的影響，甲基化賴氨酸對(duì)其所在的H3末梢與受動(dòng)蛋白之間的蛋白質(zhì)—蛋白質(zhì)相互作用

2、的影響，以及更進(jìn)一步的磷酸化對(duì)三甲基化標(biāo)記的H3末梢與受動(dòng)蛋白之間作用的影響。簡(jiǎn)單概括如下：
　　 (1)運(yùn)用量子化學(xué)從頭計(jì)算和密度泛函方法對(duì)SET區(qū)域甲基轉(zhuǎn)移酶從S—腺苷甲硫氨酸催化轉(zhuǎn)移甲基到底物組蛋白H3末梢賴氨酸的過程進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明酶對(duì)過渡態(tài)沒有特殊的穩(wěn)定作用，然而，它為反應(yīng)底物(锍離子和胺)提供了一個(gè)沒有溶劑的空腔，并且通過臨近的殘基把親核的和親電的底物以一種近乎完美的方式組合在一起，從而有利于甲基轉(zhuǎn)移過程的進(jìn)

3、行。
　　 (2)每一個(gè)賴氨酸都能被一、二、三甲基化，不同甲基化的賴氨酸能夠被受動(dòng)蛋白通過陽離子—兀相互作用區(qū)分開。陽離子—兀相互作用是廣泛存在于生物和化學(xué)體系內(nèi)的正電荷和芳環(huán)之間的作用力。文中主要運(yùn)用DFT和MP2在6—31+G**水平研究了四甲基銨和苯酚之間的陽離子—π相互作用。由于對(duì)色散作用考慮的差異，由MP2方法優(yōu)化得到不同于DFT方法的結(jié)構(gòu)。電子相關(guān)性對(duì)該體系總結(jié)合能的貢獻(xiàn)超過50％，這與電子相關(guān)性對(duì)四甲基銨—呋喃(5

4、0％)體系的影響非常接近，比電子相關(guān)性對(duì)四甲基銨—咪唑體系的影響更重要(20％)。通過計(jì)算已經(jīng)確認(rèn)四甲基銨—苯酚復(fù)合物存在四種不同的構(gòu)型，這些構(gòu)型之間的相互轉(zhuǎn)換能壘低于1 kcal/mol，比銨—苯酚不同構(gòu)型之間的轉(zhuǎn)換能壘還要低，這表明四甲基銨與苯酚之間的相互作用對(duì)定向具有隨意性。
　　 (3)結(jié)構(gòu)分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，果蠅HP1通過三個(gè)芳環(huán)提供的陽離子—α作用選擇性的識(shí)別甲基化的組蛋白H3末梢，而不與沒有甲基化的組蛋白H3末梢作

5、用。在本文中用10納秒的分子動(dòng)力學(xué)模擬研究了一、三甲基化Lys9組蛋白H3末梢的存在對(duì)HP1蛋白質(zhì)的運(yùn)動(dòng)及其相互作用的影響。研究結(jié)果表明，甲基化賴氨酸及其附近的組蛋白末梢序列都是極大影響HP1蛋白柔性和骨干運(yùn)動(dòng)的必要識(shí)別特征。這一研究直接確立了甲基化轉(zhuǎn)移后修飾對(duì)蛋白質(zhì)一蛋白質(zhì)相互作用的調(diào)節(jié)機(jī)理。
　　 (4)組蛋白末梢多個(gè)殘基的不同修飾互相組合能夠形成“組蛋白密碼”，這些組合能夠互相協(xié)作促進(jìn)地或者拮抗抵消地影響基因表達(dá)。在有機(jī)體

6、的有絲分裂中，組蛋白H3末梢Lys9的甲基化和Ser10的磷酸化能夠接連地發(fā)生在相同的組蛋白H3末梢上，而Ser10磷酸化對(duì)Lys9甲基化的影響在目前研究中仍然充滿爭(zhēng)議。針對(duì)這種爭(zhēng)議，對(duì)HPl與甲基磷酸化雙重修飾的H3末梢復(fù)合物體系進(jìn)行了分子動(dòng)力學(xué)模擬，并與甲基化體系得到的結(jié)果相比較。從10納秒的動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果中可以看出，兩個(gè)相鄰的轉(zhuǎn)移后修飾直接導(dǎo)致組蛋白H3末梢柔性的增加，降低了HP1與H3末梢之間的相互作用。
　　 以上研究