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蛋白质作为生物功能的执行者,其空间结构和生物学功能受到严格的转录调控。转录调控使遗传信息按照一定时间程序发生改变,而且随着内外环境的改变而加以调整,以维持生物正常的生长发育过程,或使特定的组织器官发挥其相应的功能。该过程是在RNA聚合酶,调控元件和转录调控相关蛋白的共同参与下协同进行的。在真核生物中,这一过程需要其他转录辅助因子来促进转录起始复合物的组装,提高转录效率。生物体通过多种转录因子和转录辅助因子等转录调控相关蛋白与DNA的相互作用形成一个复杂的基因表达调控网络,当蛋白的结构或功能发生异常时,会导致广泛的基因转录紊乱,进而诱发发育缺陷等多种疾病。因此,基于结构的蛋白转录因子或转录辅助因子识别DNA的分子机制研究能够深入揭示细胞行为、生命现象和疾病发生机理。本论文围绕两个转录调控相关蛋白——人源蛋白TGIF1（HD结构域结合DNA）与肺炎链球菌蛋白SP0782,应用核磁共振（nuclear magnetic resonance,NMR）和X-射线晶体衍射技术（X-ray）展开了原子分辨级别的结构研究,并进一步结合生物化学方法,探索了它们的DNA识别机制,具体的研究内容如下:1.TGIF1-HD突变体P192A和R219C诱发全前脑综合症（holoprosencephaly,HPE）疾病的机制。已有研究表明TGIF1-HD突变体P192A和R219C会诱发HPE疾病,但由于缺乏TGIF1-HD的结构研究,其致畸机制并不明确。在功能研究方面,等温量热滴定实验（Isothermal Titration Calorimetry,ITC）发现,相对于野生型的TGIF1-HD,突变体P192A和R219C结合序列特异性的DNA能力分别下降了23和10倍。在结构研究方面,圆二色谱（CD）研究初步发现,突变体中的α-螺旋含量降低。TGIF1-HD的结构表明,结构域包含三个α-螺旋,与已报道的HD同源蛋白相似。基于该NMR结构,R219位于α3区域,P192位于α1和α2之间的无序柔性区（loop区）,但空间距离上很接近α3区域中部,1H-15N HSQC（Heteronuclear Single Quantum Coherence）谱图进一步证实P192A突变会导致α1、α2和α3区域中的一些氨基酸构象变化,因而该突变可能通过影响TGIF1-HD的结构进而降低了与DNA的结合能力。该部分研究从结构角度阐释了HPE致病的两个突变体对DNA的结合能力下降的分子机理。2.转录因子TGIF1-HD结合DNA的分子机制。NMR滴定是研究蛋白-核酸复合物的常用方法。然而,在DNA滴定TGIF1-HD时发现,自由态与结合态的TGIF1-HD分子间的交换速率,以中等速率（NMR时间尺度,μs级）为主,从而导致NMR谱线的展宽及信号强度的衰减,阻碍了该复合物的核磁结构研究。在此,一方面,我们采用氢氘交换质谱（HDX-MS）研究自由态与结合态的TGIF1-HD的H-D交换过程,确定了DNA结合界面主要集中在α3螺旋上,但α1和α2的构象在DNA结合前后也有少量的变化。另一方面,从动力学研究来看,该体系中尽管以中速交换为主导,化学交换饱和转移实验（CEST）揭示该体系中存在交换速率为130 s-1的结合态TGIF1-HD慢交换,该类结合态往往能级较高,具有重要的生物学功能。3.SP0782蛋白结合ssDNA的分子机制。利用液体核磁共振解析了SP0782的三维结构,通过结构对比发现SP0782是转录辅助调控因子PC4的同源蛋白,可能具有结合ssDNA的功能。核磁滴定和多种生物化学实验验证了该功能,并显示SP0782结合不同链长的ssDNA时会采取不同的结合模式,在SP0782与ssDNA摩尔比较高时,倾向于与ssDNA形成分子量较大的复合物。利用X射线晶体衍射技术解析了SP0782与ssDNA——dT6以及dT12形成的复合物结构,并与已有的SP0782与dT19Gl的复合物结构进行比较,阐明了SP0782中两个主要的DNA结合区在结合不同长度DNA时作用有所不同。同时,通过与PC4家族的其它蛋白的结构进行比较,发现这两个DNA结合区的结构在原核和真核PC4蛋白之间存在明显差异,这些差异可能与原核和真核PC4类蛋白发挥的具体生物学功能有关。综上所述,本论文基于NMR和X-ray等结构生物学方法,结合HDX-MS,CEST等辅助手段,对两个转录调控相关蛋白TGIF1和SP0782的结构和功能进行了研究。我们成功获得了上述两种蛋白的三维结构并从原子层面阐释了它们与DNA互作的分子机制,丰富了人们对转录调控过程以及相关疾病的发生机理的认识,有助于人们筛选寻找相关疾病治疗的药物靶点,为药物研制提供一定的理论基础。