组蛋白甲基转移酶SET1家族蛋白活性调控的结构基础

基本信息
批准号:31470737
项目类别:面上项目
资助金额:85.00
负责人:陈勇
学科分类:
依托单位:中国科学院分子细胞科学卓越创新中心
批准年份:2014
结题年份:2018
起止时间:2015-01-01 - 2018-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:黎彦憬,胡纯一,王晓曼,陈国超
关键词:
组蛋白甲基化结构生物学组蛋白修饰表观遗传学
结项摘要

Histone methylation is a critical chemical modification for epigenetic regulation and plays important roles in multiple cellular events, including transcription regulation, heterochromatin formation, X-chromosome silencing. Abnormal histone methylation has been linked to many human diseases and cancers. Thus structural and functional analyses of protein complexes responsible for histone methylation have gained more attention in recent years. In this project, We will focus on SET1-family histone methyltransferases which have essential roles in the maintenance of the histone H3 Lysine 4 (H3K4) methylation status for gene expression during differentiation and development. The histone methyltransferase activity of SET1-family proteins is regulated by four conserved core subunits, WDR5, Ash2L, RbBP5 and DPY30. However, the underlying mechanism of activity regulation remains elusive. There are six SET1-family proteins in mammals, including SET1A, SET1B, and four Mixed Lineage Leukemia proteins (MLL1,MLL2,MLL3,MLL4). They have different methyltransferase product specificities, and play non-redundant roles in cells. We will systematically study structures of three representative members in SET1-family: SET1B, MLL1 and MLL3. We will use X-ray crystallography and cryo electron microscopy to investigate the structures of SET1-family proteins in complex with regulatory proteins WDR5-Ash2L-RbBP5-DPY30. We will also analyze the structural characterization of SET1-complex recognizing nucleosomes. These structural information will provide valuable insights into molecular mechanisms of assembly, activity regulation, product specificity, nucleosome recognition of SET1-family complexes. These results will also give hints of novel drug design for some human diseases caused by dysfunction of SET1-family methyltransferases.

组蛋白甲基化在许多生物学过程比如异染色质的形成、X染色体的失活、转录调控中起到了重要的作用,而且组蛋白甲基化的异常能导致多种遗传疾病和癌症的发生发展。因此对组蛋白甲基化相关的蛋白酶的结构和功能研究是目前表观遗传学研究的热点。本项目将致力于研究组蛋白H3第四位的赖氨酸的甲基转移酶-SET1家族蛋白复合物,目前该家族蛋白的活性调节和产物特异性等机制还未得以阐明。我们将综合应用X-射线晶体学和低温冷冻电镜的结构生物学手段对SET1蛋白和其调节蛋白WDR5-Ash2L-RbBP5-DPY30形成的五元复合物做一个系统全面的结构阐析,力图揭示SET-WDR5-Ash2L-RbBP5-DPY30复合物的组装、活性调节、产物生成特异性、核小体识别修饰等各方面的分子机制,为深入了解这些蛋白的体内功能奠定基础,并为一系列遗传疾病或癌症的治疗提供潜在的新靶点。

项目摘要

以基因组DNA和组蛋白的共价修饰为主要标志的表观遗传调控研究已成为生命科学前沿快速发展的热点领域,其中组蛋白甲基化对于基因的转录表达,细胞增殖分化等起着至关重要的调控作用。SET1家族蛋白(包括MLL1-MLL4,SET1A和SET1B)是一类特异性的针对组蛋白H3第4位赖氨酸甲基化修饰的蛋白酶,在体内发挥着重要作用,其失活或突变导致多种疾病的发生发展。SET1家族蛋白体内的活性受到其结合蛋白的紧密调控,但该家族蛋白的活性调节和产物特异性等机制还未得以阐明。本项目综合运用了结构生物学和生物化学等多种手段,开展了SET1家族蛋白复合物的结构生物学研究,揭示了核心异源二聚体RBBP5-ASH2L调控SET1家族蛋白活性的分子机制,探讨了RBBP5全长蛋白结合并调控SET1家族蛋白的分子机制,阐明了SET1家族蛋白具有不同产物特异性的结构基础,研究了SET1家族蛋白的酶反应动力学性质。这一系列的工作有利于人们深入了解SET1家族蛋白发挥功能的分子机制,从而对组蛋白H3K4甲基化的建立和书写有更加深刻的理解,为深入研究相关的表观遗传调控与疾病机理、临床疾病治疗与新型药物设计等奠定重要基础和提供理论依据。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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