ALKB4加双氧酶介导的细胞分裂重要功能因子去甲基化机制研究

特定靶蛋白的翻译后修饰如组蛋白甲基化参与基因表达调控等重要细胞功能。而非组蛋白的种类和个数远比组蛋白多，涉及各个生命代谢过程。因此非组蛋白甲基化修饰的可逆调控机制是近年来前沿研究热点之一，其核心是发现作用于非组蛋白的去甲基化酶。我们选取参与细胞分裂的细胞结构如中心体、纺锤体和收缩环上的重要功能蛋白的去甲基化为切入点，发现与之相关的去甲基化酶。通过序列比较，发现某些中心体和收缩环因子如CEP250和Myosin-2等有潜在的甲基化多肽位点。基于组蛋白去甲基化酶利用加双氧酶羟基化机制进行去甲基化，通过生物信息学方法，在人基因组中发现定位于上述细胞器含有组蛋白去甲基化酶酶活性结构域的ALKB4加双氧酶。我们推断ALKB4可能作为蛋白去甲基化酶参与细胞分裂过程中重要因子的去甲基化调控。本项目将重点研究调控细胞生长增殖的去甲基化机制及其功能，有助于阐明去甲基化酶维持基因组稳定性及与癌变的关联机制。

胞质分裂需要以肌动球蛋白【actomyosin，由微丝（F-actin）和非肌肉II型肌球蛋白（Non-muscle Myosin II, NM II）组成】为核心组分的收缩环在分裂沟处收缩来提供动力，将一个母细胞分裂成两个子细胞。在胞质分裂过程中，分裂沟和分裂平面的确定需要微管和微丝协同进行信息传递，最终引起actomyosin组装形成收缩环。分裂沟收缩依赖于收缩环中actomyosin产生的动力，但是actomyosin收缩的具体机制现在还不清楚，尤其是actin的翻译后修饰是如何调控actomyosin的动态过程也是未知的。. 我们发现了ALKBH4蛋白可以介导肌动蛋白上一种新的84位赖氨酸单甲基化（actin K84me1）的去甲基化。ALKBH4缺失引起细胞中actin K84me1水平上升，外源野生型ALKBH4蛋白可以使actin K84me1蛋白水平恢复到正常水平，但ALKBH4蛋白酶活性位点突变体却不能。Actomyosin复合体中的actin和NM II间的相互作用受到ALKBH4依赖的actin去甲基化调控，ALKBH4缺失引起它们间的相互作用减弱。ALKBH4特异性结合甲基化形式的actin，并且ALKBH4酶活性缺陷突变体与actin结合能力比野生型强。而NM II只与非甲基化的actin相互作用，并且NM II在收缩环上正确聚集和与actin的相互作用都依赖于ALKBH4。. ALKBH4通过与甲基化的actin相互作用定位在收缩环和中体上，ALKBH4介导的actomyosin动态变化和胞质分裂过程完全依赖于它的催化活性，ALKBH4缺失造成的分裂沟组分解体和多核现象可以被外源野生型ALKBH4蛋白修复，但不能被酶活性位点突变的ALKBH4蛋白修复。. 这些发现说明ALKBH4依赖的actin去甲基化通过促进actin-NM II相互作用调控actomyosin功能，ALKBH4通过与actin K84me1相互作用被募集到收缩环和中体上，并将actin K84me1去甲基化，为NM II创造结合actin的位点。Actin逐渐的去甲基化使得NM II能沿着F-actin动态的滑动，并产生收缩力促进收缩环收缩，使分裂沟内陷完成胞质分裂。所以此项目研究阐明了一个全新的细胞胞质分裂机制。