CBX5(多肽)的应用

背景^[1-3]

CBX5(多肽)是异染色质的成分，识别并结合在“Lys-9”（H3K9me）处甲基化的组蛋白H3尾巴，导致表观遗传抑制。相反，当组蛋白H3的'Tyr-41'被磷酸化（H3Y41ph）时，它就不会被染色质所排斥。它可以与Lamin-B受体（LBR）相互作用。这种相互作用可以促进异染色质与内核膜的缔合，通过与MIS12复杂蛋白的相互作用参与功能性线粒体的形成。

多梳蛋白家族(PcG)是一类重要的表观遗传调控因子,主要参与维持特定基因的转录沉默,与多种干细胞的干性维系、细胞分化、细胞周期的调控、细胞衰老、X染色体失活、基因印记、癌症的发生发展等一系列细胞生理及病理活动密切相关.PcG蛋白主要形成PRC1和PRC2两类多梳蛋白抑制复合体,它们彼此相互协同调控基因的表达.其中Chromobox同源蛋白即CBX蛋白作为PRC1复合体的核心组分协助招募并稳定PRC1到染色质的特定区域。

多梳硫质蛋白（CBX）是高度保守的蛋白质，在细胞核中具有重要的作用。这些功能包括异染色质形成、转录激活基因的表达，对衔接配合的着丝粒结合调控，序列基因转录的核外围，逮捕，异染色质的完整性维护，在单核小体水平和异染色质化常染色质基因阻遏基因的表达。在生物体中，几乎全部的细胞含有相同的遗传物质（生殖细胞含有减半的遗传物质），但在特定类型的细胞中，只有特定的基因群表达。

DNA缠绕在组蛋白八聚体上形成染色质的基本单元核小体。在发育和细胞分化过程中，组蛋白的特定氨基酸残基上发生甲基化、乙酰化或磷酸化修饰。不同的修饰与基因激活或沉默相关。

应用^[4][5]

用于Cbx蛋白与甲基化组蛋白H3特异性识别研究

在真核生物体中,核小体是染色质的基本结构单元。核小体由组蛋白H2A、H2B、H3和H4形成的八聚体和环绕八聚体的DNA组成。组蛋白的修饰(如甲基化、乙酰化等)会改变核小体与DNA以及下游效应蛋白的相互作用,从而造成基因转录的激活或抑制。对于甲基化修饰,根据修饰位点和数目又可以进一步细分:赖氨酸单、二、三甲基化,精氨酸单、对称二以及非对称二甲基化。这些甲基化的修饰由一系列蛋白进行调控,包括甲基化酶、去甲基化酶以及甲基化识别蛋白等。

以Cbx家族蛋白(包括Cbx2、Cbx3、Cbx5、Cbx6和Cbx7等)为研究对象,利用理论计算方法研究H3组蛋白上Lys-9和Lys-27甲基化的识别机理。在计算部分,我们首先采用丙氨酸扫描和相互作用熵(AS-IE)结合的方法预测结合自由能。以含有三甲基-Lys 9/27的组蛋白肽段为模型,针对7个复合物体系(Cbx3/H3K9me3,Cbx5/H3K9me3,Cbx6/H3K9me3,Cbx7/H3K9me3,Cbx2/H3K27me3,Cbx6/H3K27me3和Cbx7/H3K27me3)进行了单个残基的自由能分解。计算的结果显示计算得到的Cbx家族组蛋白识别甲基化肽段的强弱顺序与已报道的实验结合能力趋势一致。尽管Cbx蛋白家族具有高度保守性,但不同Cbx蛋白在结合偏好方面显示出显着差异,例如Cbx6和Cbx7同时显示出对H3K9me3和H3K27me3的亲和力,Cbx3和Cbx5对H3K9me3有更强的结合力,而Cbx2则倾向于识别H3K27me3。我们根据计算结果,从定量的角度分析了Cbx蛋白家族的识别特异性来源,加深了我们对三甲基化组蛋白-染色质结构域(Cbx蛋白)相互作用的理解。

参考文献

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[2]Characterization of post‐translational modifications on lysine 9 of histone H3 variants in mouse testis using matrix‐assisted laser desorption/ionization in‐source decay[J].Ho‐Geun Kwak,Naoshi Dohmae.Rapid Communications in Mass Spectrometry.2016(23)

[3]Accelerated molecular dynamics simulations of protein folding[J].Yinglong Miao,Ferran Feixas,Changsun Eun,J.Andrew McCammon.J.Comput.Chem..2015(20)

[4]Cbx2 Targets PRC1 to Constitutive Heterochromatin in Mouse Zygotes in a Parent-of-Origin-Dependent Manner[J].Mathieu Tardat,Mareike Albert,Rico Kunzmann,Zichuan Liu,Lilia Kaustov,Raphael Thierry,Shili Duan,Urszula Brykczynska,Cheryl H.Arrowsmith,Antoine H.F.M.Peters.Molecular Cell.2015(1)

[5]曹华丽.Cbx蛋白与甲基化组蛋白H3特异性识别研究[D].华东师范大学,2019.