復旦大學徐彥輝教授Nature子刊表觀遺傳研究新成果

發布時間：2015-05-13 16:08 原文鏈接：復旦大學徐彥輝教授Nature子刊表觀遺傳研究新成果

　　來自復旦大學的研究人員在新研究中，揭示出了USP7通過乙酰化作用介導DNMT1穩定的分子機制。這一研究發現發表在5月11日的《自然通訊》（Nature Communications）雜志上。

　　領導這一研究的是復旦大學上海醫學院的徐彥輝(Yanhui Xu)教授，其早年畢業于清華大學，2008年在復旦大學生物醫學研究院組建結構生物學實驗室。研究方向為染色質組裝和修飾的調控機制、腫瘤發生信號轉導通路、藥物先導化合物的設計和篩選。

　　DNA甲基化是一種重要的表觀遺傳修飾，在包括轉錄調控、染色質結構、基因組印跡和重復DNA元件的沉默等許多生物過程中起重要的作用。在脊椎動物中，DNA甲基化主要發生在胞嘧啶鳥嘌呤二核苷酸(cytosine–guanine dinucleotide,CpG)位點。經DNA甲基轉移酶催化胞嘧啶轉化為5-甲基胞嘧啶。在許多的人類癌癥中經常可以見到異常的DNA甲基化，其促進了腫瘤的發生。

　　哺乳動物的DNA甲基化模式是在胚胎發育過程中通過DNA從頭甲基化轉移酶DNMT3a和DNMT3b建立起來，并在復制過程中通過DNA甲基轉移酶DNMT1忠實地傳遞給子細胞。UHRF1可結合半甲基化的DNA和H3K9me2/3，以及招募DNMT1，有效定位到異染色質上，并在異染色質的形成與維持中起重要作用。研究證實DNMT1在多種癌癥類型中高水平表達，DNMT1過表達在腫瘤的發生中扮演著重要的角色。

　　DNMT1的表達在轉錄水平上受到PI3/PKB、Rb/E2F和p53/SP1等多條信號通路的調控，甲基化、磷酸化、乙酰化和泛素化等翻譯后修飾則進一步地調控了DNMT1的穩定性。以往的一些研究還表明，SET7主要在S期晚期導致了DNMT1的K142位殘基甲基化，這種甲基化以一種細胞周期依賴性方式促進了蛋白酶體降解。Set7/9使得小鼠Dnmt1的K1096位殘基甲基化可以降低Dnmt1的穩定性，而組蛋白去甲基酶LSD1介導的 K1096位去甲基化則是小鼠胚胎發生過程中維持DNA甲基化及原腸胚形成的必要條件。HSP90可與DNMT1互作穩定DNMT1，而HSP90乙酰化則可破壞這種互作，促使DNMT1降解。

　　USP7可使幾個腫瘤抑制因子（p53、PTEN、FOXO和claspin），以及幾種E3連接酶（MDM2、Mule和病毒蛋白ICP0)去泛素化，由此調控了與腫瘤發生相關的一些重要信號通路。有趣的是有越來越多的證據表明，USP7還導致了一些染色質相關蛋白，包括組蛋白H2B、UHRF1 和Tip60去泛素化。因此，USP7參與了腫瘤發生、DNA修復、病毒侵入和表觀遺傳調控。與上述功能相一致，USP7在許多的癌細胞，包括前列腺癌、結腸癌、膀胱癌、肝癌和肺癌中均表達上調，被視為是一個潛在的藥物靶點。近期的一些研究表明USP7結合DNMT1并通過乙酰化和泛素化作用調控了 DNMT1穩定性。但對于USP7介導DNMT1穩定性的分子機制目前尚不清楚。

　　為此，在新文章中研究人員確定了人類DNMT1與USP7的晶體結構，分辨率達到2.9埃。結構和生物化學分析揭示，它們之間的互作主要是通過 DNMT1的KG連接體（linker）和USP7從前未發現的一個酸性口袋所介導，這一靠近USP7羧基端(C-terminus)的酸性口袋充當了底物結合位點。這些酸性殘基突變可以破壞DNMT1與USP7之間的互作，促進DNMT1轉換。KG連接體賴氨酸殘基乙酰化可破壞DNMT1–USP7的互作，促進DNMT1蛋白酶體降解。采用HDAC抑制劑處理可導致乙酰化DNMT1上升及總體DNMT1蛋白下降。研究人員在一些分化神經細胞和胰腺癌細胞中都觀察到了這種負相關關系。

　　新研究揭示出，USP7介導DNMT1穩定性受到乙酰化作用的調控，并為設計出靶向DNMT1–USP7互作表面的抑制劑提供了結構基礎。