Spindlin1及其家族成员蛋白表观遗传调控乙肝病毒的作用及机制研究

Spindlin1, a member of the Spin/Ssty family of proteins, possesses a novel arrangement of the Tudor repeat domain fold. Spindlin1, as a histone reader, mainly promote the downstream signaling factor activity through recognizing H3K4me3 and H3R8me2 by an aromatic cage of the second and first Tudor-like domain respectively. However, little is known about the functions of Spindlin1 silencing downstream signaling gene transcription. Moreover, functions of the third Tudor-like domain of spindlin1 is totally unknown. In addition, little has been reported about the biological functions of the other members of the Spin family. In our previous work, we have identified that Spindlin1 could interact with HBx directly through its third Tudor-like domain, and we have also solved the crystal structure of SPIN1(50–262) in complex with HBx(1-20) at 1.9 Å. More importantly, we found that Spindlin1 was able to repress HBV transcription. Based on these, we apply for revealing the biological functions and corresponding structural basis of the third Tudor-like domain of spindlin1, and uncovering the mechanisms underlying Spin family proteins epigenetically regulating the transcription of HBV and other viruses replicating in the nucleus. Based on these findings, we aim to identify small molecules that inhibiting HBV and provide new drug candidates for HBV prevention and treatment.

Spindlin1，是Spin/Ssty蛋白家族成员之一，由三个类Tudor结构域串联构成，主要通过第一和第二个结构域识别H3R8me2和H3K4me3修饰来激活下游基因的转录。然而，目前关于Spindlin1抑制下游基因转录的功能还知之甚少，尤其是Spindlin1第三个结构域的生物学功能国内外尚无报道。此外，关于Spin家族中其它成员的生物学功能也几乎没有报道。在前期工作中，我们发现Spindlin1可以通过它的第三个类Tudor结构域与HBV调控蛋白HBx互作，且成功解析了Spindlin1-HBx复合物的晶体结构。更重要的是，我们发现Spindlin1可以抑制HBV基因的转录。据此，我们拟揭示Spindlin1第三个结构域的生物学功能和结构基础，深入探究Spin家族成员表观遗传调控HBV及其它核内病毒的分子机制，并由此设计小分子药物，以期为临床上HBV的预防和治疗提供新的候选药物。

尽管目前已经有乙肝疫苗的存在，乙肝病毒（HBV）感染仍是世界范围内的人类健康隐患之一。HBx蛋白是HBV编码的唯一调控蛋白，在HBV整个生命周期中起着关键作用。Spindlin1，是Spin/Ssty蛋白家族成员之一，由三个类Tudor结构域串联构成，主要通过第一和第二个结构域识别组蛋白甲基化修饰来激活下游基因的转录，但目前关于Spindlin1第三个结构域的生物学功能知之甚少。有研究表明Spindlin1可以抑制HBV转录，但目前关于Spindlin1-HBx复合物结构生物学研究尚未报道。鉴于此前的报道中，Spindlin1蛋白通常被认为是一个转录激活因子，因此，Spindlin1到底是具有促进还是抑制HBV表达的功能还有待做进一步研究。本项目揭示了HBx蛋白是如何劫持宿主细胞因子Spindlin1蛋白并促进HBV转录的分子机制。本项目通过结构生物学和生物化学实验表明，HBx的N端保守序列(HBx2-21) 可以与Spindlin1的第三个Tudor结构域互作，且Spindlin1-HBx互作并不影响Spindlin1前两个Tudor结构域对组蛋白甲基化修饰的识别。本项目的功能实验表明Spindlin1-HBx互作可以促进HBV转录，且这种促进作用与HBV cccDNA从H3K9me3修饰状态向H3K4me3修饰状态的转变有关。本研究揭示了Spindlin1与HBx蛋白N端互作并解除其N端自抑制功能的结构和分子机制，为临床上Spindlin1-HBx靶向药物的开发及HBV的治疗提供了新思路。