研究揭示SHL蛋白對抑制和活性組蛋白修飾的識別機制

6月21日，《自然-通訊》（Nature Communications）雜志在線發表了中國科學院分子植物**創新中心/植物生理生態研究所植物逆境生物學研究中心植物分子遺傳國家重點實驗室杜嘉木研究組和威斯康辛大學麥迪遜分校鐘雪花研究組合作完成的題為Dual recognition of H3K4me3 and H3K27me3 by a plant histone reader SHL 的研究論文，該研究綜合利用結構生物學、生物化學、植物分子遺傳學和基因組學等手段聯合揭示了植物特有的組蛋白識別蛋白SHL通過自身BAH結構域和PHD結構域分別識別抑制性組蛋白修飾H3K27me3和活性組蛋白修飾H3K4me3的分子機制。

組蛋白的轉錄后修飾作為表觀遺傳中重要的調控機制之一，在包括基因表達調控等多種生物學過程中起著重要作用。組蛋白修飾的識別因子具有對于不同的組蛋白修飾特異性識別的能力，并進而在染色體的狀態調控中起重要作用。通常識別蛋白含有多個組蛋白識別結構域，這些結構域通常以串聯的方式存在，并且在多價染色質結合中起作用。

擬南芥SHORT LIFE (SHL)同時具有兩個潛在的組蛋白識別因子：BAH 及PHD 結構域，在擬南芥的開花及種子休眠起到重要調控作用。在之前報道中表明SHL可以通過抑制開花過程中整合因子SUPPRESSION OF OVEREXPRESSION OF CO1 (SOC1) 的表達進而抑制開花。盡管SHL蛋白起到了抑制開花的作用，其具體的分子機制還不是很清楚。

該研究中，研究人員首先通過組蛋白肽段微陣列芯片技術發現SHL蛋白可以識別組蛋白激活修飾H3K4me3 及組蛋白抑制修飾H3K27me3，通過ITC 證實SHL可以識別甲基化的H3K4和H3K27。緊接著，研究人員利用X射線晶體衍射的方法分別解析了SHL與H3K4me3及H3K27me3的復合物結構，并結合其他生化實驗證實證明了SHL能夠分別通過其PHD和BAH域獨立識別活性組蛋白標記H3K4me3和抑制標記H3K27me3。通過Chip-seq實驗證實SHL在體內分布與共富集H3K4me3和H3K27me3的區域相關。遺傳實驗證明SHL蛋白中的BAH-H3K27me3和PHD-H3K4me3結合位點突變會導致不能回補早期shl突變體開花表型，表明SHL與H3K27me3和H3K4me3的結合在體內具有重要功能。

逆境中心二年級研究生呂莘辰是該輪文共同**作者，杜嘉木和鐘雪花為共同通訊作者。上海同步輻射光源國家蛋白質設施BL19U1（SSRF）為數據收集提供了及時有效的支持。該研究工作得到了科技部國家重點研發計劃、國家自然科學基金委以及中科院的經費資助。