SUMO修饰调控组蛋白乙酰化及组蛋白甲基化的分子机制研究

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1、2018届研究生博士学位论文分类号学校代码：10269密级学号：52131300048EastChinaNormalUniversity博士学位论文DOCTORALDISSERTATIONSUMO修饰调控组蛋白乙酰化及组蛋白甲基化的分子机制研究院系：生命科学学院专业：生物化学与分子生物学研究方向：表观遗传学指导教师：翁杰敏教授论文作者：王志强2018年3月Dissertationfordoctoraldegreein2018Universitycode:10269StudentID:52131300048EastChinaNormalU

2、niversityTheroleofSUMOmodificationincontrolofHistoneAcetylationandHistonemethylationDepartment:SchoolofLifeScienceMajor:BiochemistryandMolecularBiologyResearchdirection:EpigeneticsSupervisor:Prof.JieminWongCandidate:ZhiqiangWangMarch,2018华东师范大学博士学位论文华东师范大学博士学位论文王志强博士学位论文

3、答辩委员会成员名单姓名职称单位备注王纲研究员中国科学院生物化学与细胞生物学研究所主席于明研究员上海交通大学余健秀研究员上海交通大学蓝斐研究员复旦大学李晓涛教授华东师范大学华东师范大学博士学位论文摘要SUMO修饰是一种保守的蛋白质翻译后修饰，可通过改变底物蛋白的构象、结合、定位或稳定性,参与调控细胞周期、基因转录、染色质重塑、干细胞干性维持及分化、DNA损伤修复及核糖体生物合成等。既往研究表明，SUMO修饰与转录抑制密切相关。组蛋白的翻译后修饰，特别是组蛋白乙酰化和组蛋白甲基化，被认为是调控转录的一大因素。因此，我们研究重点是SUMO修饰

4、与组蛋白乙酰化和组蛋白甲基化之间的交互调控作用。我们前期的研究表明，PIASxβ特异性介导的HDAC1/2SUMO修饰增强其组蛋白去乙酰酶活性，导致组蛋白乙酰化水平降低。我们进一步通过ChIP-Seq证实SUMO修饰促进HDAC1/2组蛋白去乙酰化酶活性，同时RNA-Seq表明HDAC1/2SUMO化抑制细胞整体转录。根据文献报道，我们构建了HDAC1/2SUMO修饰位点突变体（HDAC1K444R/K476R、HDAC2K462R）。该突变使HDAC1/2的SUMO修饰水平显著降低，不改变其亚细胞定位，但降低其蛋白稳定性。同时，HDA

5、C1/2SUMO修饰突变体不影响含HDAC1/2复合体的形成。此外，HDAC1/2SUMO修饰突变体在染色质上的富集显著减少。由此表明，SUMO修饰一方面增加了HDAC1/2的蛋白稳定性，另一方面促进了其在染色质上的富集，增加了其与底物的结合，从而增加其去乙酰化酶活性。已有研究报道SENP1可以去除HDAC1的SUMO修饰，但并未证实SENP1去除HDAC1SUMO修饰后是否影响其组蛋白去乙酰化酶活性。外源过表达SENPs（SENP1-7），发现SENP6能显著增加组蛋白乙酰化水平，且SENP6调控组蛋白乙酰化水平依赖其去SUMO酶活性

6、。进一步的研究发现，SENP6能特异性去除HDAC1/2的SUMO修饰，且导致HDAC1/2蛋白稳定性降低，在染色质上的富集减少。此外，我们通过细胞增殖实验发现，在293T细胞中外源过表达SENP6，细胞增殖受到抑制。这提示我们，SENP6可能通过调控HDAC1/2组蛋白去乙酰化酶活性参与肿瘤的发生、发展的过程。总之，我们的研究为SUMO修饰调控组蛋白乙酰化提供了一种新见解。I华东师范大学博士学位论文既往研究发现，许多组蛋白甲基转移酶（HMTs)和组蛋白去甲基转移酶（HDMs）是SUMO修饰的底物，但SUMO修饰是否调控组蛋白甲基化水平

7、的研究尚不十分明确。因此，我们探究SUMO修饰能否通过影响HMTs或HDMs调控组蛋白甲基化。通过外源过表达SUMO-1蛋白及SUMO修饰的唯一E2结合酶UBC9,Westernblot检测组蛋白甲基化水平（H3K4、H3K9、H3K27和H3K36）。研究发现,过表达SUMO-1和UBC9能够特异性升高H3K4me3水平，敲低UBC9能特异性降低H3K4me3水平。进一步的研究发现，H3K4me3甲基转移酶MLL/SET1复合体的共同亚基WDR5能够发生SUMO修饰。SUMO修饰整体水平的改变不影响WDR5的转录水平，WDR5的SUM

8、O化促进其蛋白稳定性。该研究仍需许多后续工作，但也表明，SUMO修饰可能通过对靶蛋白稳定性的调控，从而影响组蛋白甲基化。关键词：SUMO修饰；HDAC1/2；SENP6；WDR5；组蛋白乙酰化；组蛋白甲基化