伊成器等学者解析去甲基化酶底物特异性的分子机制

2014-3-10 14:14 来源: 北京大学
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        核酸的可逆化学修饰对细胞命运的调控具有重要作用。E. coli AlkB蛋白是首个核酸氧化去甲基化酶,通过识别并作用于1-甲基腺嘌呤这一类型的DNA/RNA损伤来维持基因组的稳定性。目前已发现9 个AlkB的人类同源蛋白,其中许多蛋白对细胞生命活动的维持都起到重要作用。例如,同源蛋白ALKBH2 与ALKBH3 也识别并修复1-甲基腺嘌呤(类似于AlkB),因此是核酸修复蛋白;而另外两个成员―ALKBH5与FTO―识别的则是6-甲基腺嘌呤这一类型的核酸修 饰。6-甲基腺嘌呤是真核生物信使RNA中最广泛的内在修饰,因而ALKBH5与FTO是细胞的关键调控蛋白:ALKBH5 影响精子的形成,而FTO则与肥胖密切相关。

 

  上述AlkB 家族不同成员所识别的不同类型核酸修饰,很大程度上决定了AlkB 家族去甲基化酶的生物学功能。然而,这些去甲基化酶底物特异性的分子机制,一直没有得到很好地解释。伊成器课题组利用化学生物学、结构生物学等研究手段, 系统比较了AlkB、ALKBH5及FTO蛋白在序列及结构上的异同,首次发现AlkB、ALKBH5 及FTO 活性位点附近的不同氨基酸序列对底物特异性的产生有着重要作用;他们通过实验进一步证明,只需互换AlkB、ALKBH5 及FTO 对应区域仅仅1-2 个氨基酸,即可互换这三个蛋白的去甲基化活性(图1)。此工作不仅从分子水平上系统地解释了AlkB家族不同成员底物特异性的产生机制,也为AlkB家族 选择性小分子抑制剂的设计和开发提供了重要依据。

  这项工作已于3月5日在线发表于《Angewandte Chemie International Edition》:“Switching Demethylation Activities between AlkB Family RNA/DNA Demethylases through Exchange of Active-Site Residues”,并被editor选为“Hot Paper”。论文第一作者为北大生命科学学院伊成器实验室的博士研究生朱晨旭。该项目得到了国家自然科学基金和北大清华生命科学联合中心的支持。