染色质结构蛋白及其致病突变体对染色质高级结构调控的冷冻电镜研究

The structure and dynamics of chromatin fiber provides an important platform for the epigenetic regulation to gene transcription. Chromatin architectural proteins (CAPs) play critical roles in the structure establishment and maintenance of 30nm chromatin fiber and in the regulation of transcription process. In this proposed project, we will analyze the higher-order structures of 30nm chromatin fibers which are organized by linker histone H5, methyl-DNA binding proteins MeCP2, and poly(ADP-ribose polymerase) proteins, PARP1, respectively. We will also determine the structures of nucleosome in complex with these CAPs. By comparing them with the left-handed double helical structure of 30nm chromatin fiber organized by linker histone H1, which was recently resolved by us, we will analyze the effects and molecular mechanism of the structure and dynamics regulation of 30nm chromatin fibers by variant chromatin architectural proteins. In addition, we will study the regulation of the 30nm chromatin fiber architectures by MeCP2 gene mutants which cause Rett syndrome and autism, and by PARP1 inhibitors which are widely used for cancer treatments, respectively. These studies will provide useful information to the understanding of molecular mechanism of Rett syndrome and anti-tumor inhibitors development.

染色质结构及其动态变化为基因转录提供了一个重要的表观遗传调控平台。染色质结构蛋白（CAPs）在30nm染色质纤维的建立、维持以及转录调控过程中发挥着重要作用。本项目以冷冻电镜三维重构为主要手段，研究由连接组蛋白H5、甲基化DNA结合蛋白MeCP2和聚腺苷二磷酸核糖聚合酶PARP1等不同的染色质结构蛋白组装形成的30nm染色质高级结构，以及它们与核小体所形成的复合物的高分辨率结构。通过与已经解析的由连接组蛋白H1组装形成的30nm染色质左手双螺旋高级结构进行对比，研究不同连接组蛋白及其它结构蛋白对染色质高级结构形成的影响及分子调控机制。同时，本项目将研究MeCP2致病突变体以及PARP1抗肿瘤抑制剂等对染色质高级结构的影响，分析Rett综合征、自闭症等重要神经退行性疾病的致病机制以及抗肿瘤抑制剂等对染色质结构的可能调控，为基于染色质结构调控的致病机理研究及药物开发提供有益信息。

染色质结构及其动态变化为基因转录提供了一个重要的表观遗传调控平台。染色质结构蛋白（CAPs）在30nm染色质纤维的建立、维持以及转录调控过程中发挥着重要作用。本项目以冷冻电镜三维重构为主要手段，研究由连接组蛋白H5、甲基化DNA结合蛋白MeCP2和聚腺苷二磷酸核糖聚合酶PARP1等不同的染色质结构蛋白组装形成的30nm染色质高级结构，以及它们与核小体所形成的复合物的高分辨率结构，从而揭示不同连接组蛋白及其它结构蛋白对染色质高级结构形成的影响及分子调控机制，为基于染色质结构调控的致病机理研究及药物开发提供有益信息。本项目按计划执行，在以H5、MeCP2和PARP1等染色质结构蛋白介导形成的30nm染色质高级结构，这些染色质结构蛋白与核小体所形成的核小体-蛋白复合物的高分辨率冷冻电镜结构，含不同组蛋白变体的核小体和染色质结构，以及其它表观遗传调控复合物和其它相关生物分子机器等的冷冻电镜结构解析等方面研究取得了重要进展。在本项目资助下，在EMBO J，PNAS等杂志发表论文9篇，培养博士毕业生5人。