蛋白修饰研究新技术系列二

近年来科学家们越来越关注蛋白修饰，也初步了解了一些蛋白修饰何时出现，这些修饰的作用是什么，但是这还远远不够，对于哪些肽段会被修饰，在哪儿修饰，这些修饰如何发生，对于细胞的影响是什么，我们知之甚微。

　　

生物通报道：细胞的行为由蛋白决定，但是常见的DNA测序，或者芯片分析实验并不能告诉我们一个蛋白的指令到底是什么。在蛋白翻译过程中和翻译后，酶，脂类，蛋白和糖类会对新合成蛋白上的氨基酸进行修饰，从而导致即使是相同的遗传序列得到的蛋白，其功能也不尽相同的。

近年来科学家们越来越关注蛋白修饰，也初步了解了一些蛋白修饰何时出现，这些修饰的作用是什么，比如说磷酸基团修饰能失活，或者激活酶；线粒体蛋白赖氨酸上的乙酰基团修饰会导致代谢改变；组蛋白肽段上的甲基化修饰则能调控基因表达；SUMO蛋白修饰更是会影响到细胞凋亡，神经退行性病变等多个重要细胞进程。

但是这还远远不够，对于哪些肽段会被修饰，在哪儿修饰，这些修饰如何发生，对于细胞的影响是什么，我们知之甚微。现代质谱分析技术能分析一些类似磷酸化修饰的简单蛋白修饰，但是要找到像是SUMO蛋白这样的修饰却存在技术上的门槛，研究修饰蛋白的功能更还是处于婴儿期。不过随着新技术的不断推陈出新，我们对于蛋白修饰的了解也越来越多，在著名的The Scientist杂志上，几位专家就这一方法，提出了一些新颖的方法，克服了蛋白修饰研究中的难题。

自己组装核小体

在哺乳动物基因组中，组蛋白有很多修饰形式，比如一个核小体由两个H2A，两个H2B，两个H3，两个H4组成的八聚体和147bp缠绕在外面的DNA组成，组成核小体的组蛋白的核心部分状态大致是均一的， 游离在外的N-端则可以受到各种各样的修饰，包括组蛋白末端的乙酰化, 甲基化, 磷酸化, 泛素化，ADP核糖基化等等，这些修饰都会影响基因的转录活性。

这些修饰蛋白能传递各种各样的信息，帮助识别DNA和组蛋白，虽然之前在这方面进行了不少研究，但是科学家们仍然不清楚组蛋白翻译后修饰是如何改变这些相互作用的蛋白结构，从而能产生“带有生物学意义的信号”。

来自剑桥大学Gurdon研究院的研究人员在这方面作出的努力，他们利用修饰后组蛋白，以及甲基化DNA自己组装核小体，然后观察这些蛋白会如何作用。为了能组装核小体，研究人员首先在细菌中分别表达了人类组蛋白，以及DNA，接下来将这些组蛋白和DNA进行纯化，并给DNA加上甲基化修饰，在组蛋白上也加上甲基化肽段。然后将甲基化组蛋白和DNA组装成核小体，最后把这个核小体连接到一个琼脂糖磁珠上，浸泡在从人类细胞分离的核蛋白中，这样就能观察到蛋白的相互作用了。

通过这个方法，研究人员分析了单个核小体中的组蛋白修饰和DNA修饰，不过这只是冰山一角，他们希望能进一步分析多个核小体中的不同组蛋白修饰复合作用。

但是这种技术实际上并不简单，制造组装核小体十分花费时间，要求的实验技术也高，每个步骤都需要纯化，加上准备材料的时间，一般一个项目要耗时几个月。

虽然这么说，但这样做还是值得的，过去研究人员只能仅仅分析蛋白与修饰组蛋白之间的单个反应，而这一新技术能帮助我们分析缠绕在DNA上的整个组蛋白相互作用。研究核小体中的组蛋白能揭示这些三维结构是如何通过与蛋白相互作用，改变传递信息的，这是无法从单个肽段分析中能获得的。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Nucleosome-interacting proteins regulated by DNA and histone methylation.

Modifications on histones or on DNA recruit proteins that regulate chromatin function. Here, we use nucleosomes methylated on DNA and on histone H3 in an affinity assay, in conjunction with a SILAC-based proteomic analysis, to identify "crosstalk" between these two distinct classes of modification. Our analysis reveals proteins whose binding to nucleosomes is regulated by methylation of CpGs, H3K4, H3K9, and H3K27 or a combination thereof. We identify the origin recognition complex (ORC), including LRWD1 as a subunit, to be a methylation-sensitive nucleosome interactor that is recruited cooperatively by DNA and histone methylation. Other interactors, such as the lysine demethylase Fbxl11/KDM2A, recognize nucleosomes methylated on histones, but their recruitment is disrupted by DNA methylation. These data establish SILAC nucleosome affinity purifications (SNAP) as a tool for studying the dynamics between different chromatin modifications and provide a modification binding "profile" for proteins regulated by DNA and histone methylation.