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2014年3月3日，清华大学医学院与结构生物学中心李海涛研究组以及生命科学学院吴畏研究组联合在《Genes & Development》杂志在线发表论文，报导了Spindlin1蛋白识别特定组合型“组蛋白甲基化密码”的分子结构机制，并结合细胞生物学研究，探讨了该识别事件在结肠癌Wnt信号通路中所起到的调控作用。

图1

Spindlin1 是Spin/Ssty家族成员之一，参与细胞周期的调控，在多种肿瘤中高表达。Spindlin1蛋白由三个串联重复的Spin/Ssty结构域组成（图1a），其中每个Spin/Ssty结构域是由4-5个反向平行的β片层组成的半β折叠桶，与经典的组蛋白阅读器（reader）结构域“Royal家族”成员Tudor类似（图1b）。先前的研究表明，Spindlin1可以特异识别组蛋白H3四位赖氨酸三甲基化修饰（H3K4me3），激活rRNA基因转录。本研究则进一步发现，Spindlin1可以分别通过Spin/Ssty repeats 2和1特异性识别组蛋白H3K4me3和H3R8me2a(组蛋白H3八位精氨酸非对称二甲基化)（图1b)，实现对一条组蛋白尾巴上“K4me3-R8me2a”组合型甲基化修饰的共识别（图1b，c）。利用等温量热法测得该识别的结合常数高达45纳摩尔（图1d），是目前已报导的结合力最强的组蛋白修饰识别事件。本工作还发现Spin/Ssty repeat 1利用一个窄而深的芳香笼口袋特异识别精氨酸非对称二甲基化（Rme2a）修饰，而同样的口袋却不能容纳精氨酸对称二甲基化（R8me2s）（图1e），呈现一种精氨酸甲基化类型的特异性识别。有趣的是，已有工作表明，H3R8me2s往往与转录抑制有关，而H3R8me2a与转录激活有关。本工作所揭示的Spindlin1与H3R8me2a的特异识别与Spindlin1的转录激活作用完全吻合，从而从分子机制上部分诠释了H3R8me2a与转录激活的内在联系。

进一步的功能研究发现Spindlin1的这种特异识别机制在Wnt信号通路中发挥了重要功能。在结肠癌细胞系HCT116中敲低Spindlin1和PRMT2（一种H3R8精氨酸非对称二甲基化酶）都会导致Wnt靶基因的转录下调，并且Spindlin1作用于PRMT2的下游激活基因转录。染色质免疫共沉淀（ChIP）实验进一步验证了Spindlin1在Wnt信号下游靶基因启动子区的富集(图2a)。更重要的是，本研究新发现Spindlin1不仅可以高效识别H3K4me3和H3R8me2a修饰组合，而且还可以特异结合Wnt通路核心转录因子TCF4的一段羧基端肽段。利用等温量热法测得约3.9微摩尔的结合力（图2b）。简而言之，Spindlin1作为一种重要的组蛋白修饰阅读器（reader），很可能作为转录因子和组蛋白密码间的桥梁，调控Wnt信号下游靶基因的表达（图2c）。

图2

清华大学生命科学学院博士后朱贵欣和医学院2010级博士研究生苏晓楠为该论文共同第一作者。生命学院2010级本科生（清华学堂班）丁霄哲同学为本论文第三作者，清华大学李海涛研究员和吴畏教授为共同通讯作者。本论文合作研究小组还包括美国密歇根大学窦亚丽副教授，北京生命科学研究所的朱冰研究员等。本研究得到科技部973计划，国家基金委自然科学基金，教育部新世纪优秀人才计划，清华大学221人才计划，清华-北大生命联合中心，大学生创新创业训练计划等资助。衍射数据采集得到了上海同步辐射光源大力协助。

转自清华新闻网