清華教授發文：首次揭示組蛋白巴豆酰化特異識別機制

　　生物通報道：組蛋白翻譯后修飾是一類重要的表觀遺傳調控事件，被認為構成一類“組蛋白密碼”，控制著染色質層面的遺傳信息解讀，在基因表達以及細胞命運決定等生命過程中發揮著關鍵作用。

　　來自清華大學醫學院李海濤研究團隊近期在組蛋白翻譯后修飾研究領域取得了重要突破：他們通過對表觀調控因子AF9和YEATS2的結構與功能研究，首次發現YEATS結構域是一類偏好性組蛋白巴豆酰化修飾閱讀器，并闡明了該結構域通過特異讀取組蛋白巴豆酰化密碼促進基因轉錄的分子細胞機制。

　　相關成果接連發表在Molecular Cell和Cell Research雜志上，這些研究由清華大學李海濤教授實驗室，與洛克菲勒大學C. David Allis實驗室、以及美國德克薩斯大學安德森癌癥中心石曉冰實驗室合作完成的。李海濤教授為兩篇文章的共同通訊作者，李教授一直致力于表觀遺傳學的研究，發表了多項重要研究成果，詳細見：李海濤課題組Genes Dev解析致癌組蛋白突變引發癌癥的分子機制 、李海濤：把強大的工具做成有趣的科學

　　而最新這些研究成果是李海濤課題組繼2014年在《細胞》發文首次證明YEATS結構域是一類新型組蛋白乙酰化修飾“閱讀器”之后，在組蛋白修飾識別領域又一重要發現，填補了組蛋白巴豆酰化修飾識別機制研究的空白，開啟了組蛋白巴豆酰化識別調控新篇章。

　　近年來，受惠于質譜、修飾特異抗體等技術發展，眾多新型組蛋白修飾和修飾位點被不斷發現。其中一大類是組蛋白賴氨酸酰基化修飾，如乙酰化（Kac）、丙酰化（Kpr）、丁酰化（Kbu）、巴豆酰化（Kcr）、二羥基異丁酰化（Khib）等。上述酰基化修飾的產生與細胞代謝密切相關，體現了表觀遺傳修飾和細胞營養代謝內環境的天然聯系。

　　組蛋白賴氨酸巴豆酰化修飾是一類從酵母到人類都保守存在的“組蛋白密碼”，它主要分布在活躍基因啟動子區，或者潛在增強子區。與乙酰化修飾不同，在減數分裂后的精子細胞中，組蛋白巴豆酰化高度集中在性染色體上標記睪丸特異性基因，其中包括大量性染色體活性基因；這表明在男性生殖細胞分化編程過程中，組蛋白巴豆酰化是一種有別于乙酰化的重要轉錄激活相關修飾，在分化發育過程中可以幫助逃避基因沉默。自2011年組蛋白巴豆酰化修飾被鑒定出以來，圍繞組蛋白巴豆酰化的產生、消除和識別機制研究成為了一個研究熱點。最近的研究表明部分經典的乙酰基轉移酶（如CBP/p300）同時具有巴豆酰轉移酶活性，而部III型去乙酰化酶（如SIRT3）則具備去巴豆酰化酶活力。這些發現為研究組蛋白巴豆酰化的生理功能和調控機制提供了重要依據。盡管如此，組蛋白巴豆酰化修飾的特異識別“閱讀器”目前卻仍未發現。

　　發表在Molecular Cell雜志上的論文通過系統的定量結合和復合物結構解析等工作首次發現AF9 YEATS結構域是一類組蛋白巴豆酰化偏好型閱讀器，其中AF9對組蛋白H3的9、18和27位賴氨酸巴豆酰化（H3K9cr，H3K18cr，和H3K27cr）的識別能力比相應的乙酰化提高了2-3倍；相比之下，同樣是組蛋白乙酰化修飾閱讀器家族成員的Bromo結構域卻并不具備組蛋白巴豆酰化識別偏好性。

　　隨后，李教授研究組與洛克菲勒大學的C David Allis教授實驗室進一步合作，利用內毒素（LPS）刺激下的巨噬細胞基因表達體系，結合染色質免疫共沉淀、熒光定量PCR、深度測序等技術，證實AF9YEATS依賴的組蛋白巴豆酰化識別可以激發內毒素誘導的炎癥應答基因表達。

　　而發表在Cell Research雜志上的論文，發現YEATS2蛋白的YEATS結構域是一個位點特異性的組蛋白H3K27cr閱讀器；該結構域對巴豆酰化的識別比乙酰化強約7倍，而且還可以容忍分枝狀的H3K27hib修飾（比乙酰化強約2倍）。

　　AF9和YEATS2的YEATS結構域復合物晶體結構解析（2.1-2.8?）首次揭示YEATS結構域擁有一個保守的末端開放式“芳香三明治”（aromatic sandwich）口袋，通過一種“π-芳香環”（π-aromatic）相互作用實現對巴豆酰酰胺基團的偏好識別。這一識別特征與擁有側面開放式口袋的Bromo結構域完全不同。

　　有趣的是，AF9和YEATS2的YEATS結構域所結合的多肽底物走向相反，證明不同YEATS結構域對組蛋白巴豆酰化的識別存在序列特異性。