一个位于高尔基体的乙酰转移酶HAT4的功能研究

HAT4 is a new B-type histone acetyltransferase (B-HAT) in mammalian cells that we identified recently. We showed that this protein is localized in Golgi apparatus, facilitates chromatin assembly, and promotes cell proliferation in vivo by acetylating free histone H4 in their globular domain, H4K20, K79 and K91. It is believed that histone acetyltransferases often exist and function as multiprotein complexes, stable enough to be purified through biochemical approaches. For example, yeast Hat1 and Gcn5 all form stable complexes. Within these complexes, non-catalytic subunits tend to regulate the specific activity and substrate specificity of catalytic subunits. We propose here to identify the potential partners of HAT4 that may be required for its activity in vivo. In addition, as many HATs have been found to also catalyze the acetylation of non-histone proteins and Golgi apparatus is characterized as the machinery for protein post-translational modification, we propose that HAT4 may have other substrates in addition to free histone H4; our study will screen for additional substrates of HAT4. Furthermore we will construct HAT4 knockout model to further explore the biological function of HAT4 in vivo. Our research will shed light on the regulation and function of HAT4.

HAT4是我们新近发现的一个新的B型组蛋白乙酰转移酶（B-HAT），它定位于高尔基体，通过乙酰化新生组蛋白H4的核心区域促进了染色质装配的进程，并促进了细胞的生长增殖。目前研究认为，组蛋白乙酰转移酶（HAT）的HAT活性通常会受到与其共处同一复合物内的协同因子的调控，比如经典的B-HAT：HAT1，HAT1需要与Rbap46蛋白共存才能达到最佳的HAT活性。我们拟在蛋白层面寻找和鉴定参与调节HAT4 HAT活性和特异性的协同因子。由于很多HATs也参与了多种非组蛋白的乙酰化，加之高尔基体正是进行蛋白翻译后修饰的细胞器，我们将同时通过小规模的蛋白质组分析以筛选HAT4可能的其它底物，并分析由之产生的生物学影响；进一步我们将通过基因敲除模式生物对HAT4作为一个乙酰转移酶在体内发挥作用的分子机理进行阐述和验证。本项目旨在揭示HAT4在细胞中的活性调控机制及其更深入的生物学作用。

哺乳动物DNA复制中一个悬而未决的问题是：DNA复制起始点的选择许可（licensing）有很多，但是真正活化（firing）并开始复制的是少数，究竟什么因素决定了DNA复制起始点的“licensing”之后的“firing”？目前已知哺乳动物中DNA复制起始点的选择倾向于结构较为疏松并开放的部位，比如符合该条件的基因调控区域，像启动子区，增强子区及CpG岛等，然而我们的研究却发现能够让基因结构变得更为紧密的H3K4me1/2组蛋白去甲基化酶LSD1能够促进复制的进行。我们的研究表明LSD1与DNA复制因子有直接的相互作用，LSD1在复制期表达水平升高，并且出现在复制叉。我们的结果表明H3K4me2是复制前复合物（pre-replication complex，Pre-RC）倾向结合的位点，决定了复制的“liscening”，该结论与文献报道一致，我们证实LSD1通过去除H3K4me2决定了该修饰富集的增强子区域起始点从“liscening”到“firing”的转变。我们还证实了LSD1介导的亲代组蛋白上H3K4甲基化的暂时清除有助于DNA复制过程中核小体的从头装配过程。我们的研究揭示了一个LSD1之前没有被认知的除转录之外参与复制的功能，同时增加了我们对哺乳动物体内复制过程的了解。