四膜虫接合生殖相关HP1家族蛋白的结构和功能

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HP1家族蛋白(Heterochromatin protein 1 family)存在于各种真核生物中,能与组蛋白H3的第9位赖氨酸上的甲基化位点(H3K9me3)和第27位赖氨酸上的甲基化位点(H3K27me3)位点结合。在四膜虫接合生殖阶段,HP1家族蛋白通过与甲基化组蛋白H3K9me3或H3K27me3结合调控异染色质的形成,参与新大核的生成。目前针对HP1家族的研究主要集中在其蛋白功能的多样性,其特异性结合甲基化组蛋白的结构基础和分子机制尚不明确。本研究通过构建四膜虫HP1家族蛋白的原核表达系统,在体外表达纯化HP1家族蛋白,并对其结构和功能进行了初步研究,最后筛选获得了HP1家族蛋白及复合物的晶体。研究结果为在原子水平上解析HP1家族蛋白与H3K9me3及H3K27me3结合调控异染色质形成,以及其参与表观遗传基因沉默的分子机制奠定了基础,有助于进一步探索四膜虫HP1家族蛋白参与调控异染色质的分子机制,同时也有助于了解异染色质蛋白结构和功能的多样性。具体结果如下:1.HP1家族蛋白的诱导表达、可溶性分析及纯化在体外表达重组蛋白,利用磁珠对重组蛋白进行可溶性分析,发现Hpl2蛋白、Hpl4蛋白和Hpl4(2)蛋白均为可溶性蛋白;然后通过NI-NTA亲和层析色谱和Superdex 75pg 16/60体积排阻色谱对它们进行了纯化,得到了高纯度蛋白。2.HP1家族蛋白结构及生物功能的研究通过圆二色谱仪分析HP1家族蛋白溶液,确定了Hpl2蛋白、Hpl4蛋白及Hpl4(2)蛋白的二级结构组成,表明HP1家族蛋白结构具有一定相似性;为了分析HP1家族蛋白的功能,通过等温滴定量热仪表征HP1家族蛋白与甲基化组蛋白H3K9me3和H3K27me3的结合作用,发现Hpl2蛋白、Hpl4蛋白和Hpl4(2)蛋白分别与甲基化组蛋白H3K9me3及H3K27me3产生了强度不同的结合作用,表明HP1家族蛋白的功能相似,但作用机制存在差异。3.HP1家族蛋白及其甲基化组蛋白复合物晶体的筛选及其X射线衍射图谱的收集为了进一步研究HP1家族蛋白的结构和功能,尝试对HP1家族蛋白及其与甲基化组蛋白复合物进行结晶,经过大量结晶条件的筛选,获得了Hpl2蛋白与甲基化组蛋白H3K9me3的复合晶体,Hpl4蛋白的晶体以及Hpl4(2)蛋白的晶体,收集X射线衍射数据,得到了Hpl4蛋白晶体(分辨率为2.62?)以及Hpl4(2)蛋白晶体(分辨率为1.65?)的衍射数据。为Hpl4及Hpl4(2)的蛋白结构的解析奠定了基础。
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