中科院学者通过结构生物学研究揭示P53上一个新的甲基化位点

　　

       国际学术期刊Structure在线发表了中国科学院分子细胞科学卓越创新中心（生物化学与细胞生物学研究所）陈勇研究组的最新研究成果“Crystal Structure of MLL2 Complex Guides the Identification of a Methylation Site on P53 Catalyzed by KMT2 Family Methyltransferases”。该研究项目通过对MLL2-RBBP5-ASH2L甲基转移酶复合物的结构生物学特征进行分析，发现了明星分子P53是MLL的非经典甲基化修饰底物，并鉴定了其催化P53发生甲基化修饰的上一个新的赖氨酸甲基化位点。
 
        MLL家族蛋白（MLL1/2/3/4, SET1A/B）在基因表达调控、细胞增殖、命运决定等生命活动中发挥重要作用，并与白血病等疾病的发生和发展密切相关。之前人们对其的研究主要集中在其催化组蛋白H3第4位赖氨酸（H3K4）甲基化的活性上，并认为MLL家族蛋白功能异常引发的疾病与H3K4甲基化水平的异常有直接的联系。近年来，在质谱技术以及组学分析的帮助下人们陆续发现许多组蛋白赖氨酸甲基转移酶存在非经典的组蛋白底物。例如MLL家族蛋白的成员之一SET1A就在2018年被证明可以催化Hippo通路关键效应分子YAP蛋白K342的甲基化，从而增加YAP在细胞核中滞留时间，促进YAP的转录功能和肿瘤发生。那么MLL家族蛋白是否存在其他的非组蛋白底物？它们参与的生命活动过程是不是远远比人们认知的更为复杂？这些问题都是MLL研究领域目前的热点方向。
 
        陈勇研究组长期致力于MLL家族蛋白复合物的结构和功能研究。在本项工作中，研究人员解析了MLL2-RBBP5-ASH2L核心复合物的晶体结构，由于晶体堆积原因，在结构中一个不对称单元中有两个MLL2复合物，并且其中一个MLL2 SET结构域N端前的一段loop（NFL）可以插入到另一个MLL2的催化口袋中。有趣的是，这段NFL的构象和以前解析的MLL3-H3复合物中H3的构象非常一致，但是序列却很不一样，预示着MLL家族蛋白具有识别和结合除了H3之外的其它相似底物基序的能力。
 
        根据MLL2 NFL的序列特征，研究人员利用ScanProsite数据库，发现P53中有一段和MLL2 NFL非常相似的氨基酸序列。随后，他们通过一系列体外生化实验并结合质谱技术，确定了MLL家族蛋白复合物在体外可以催化P53 K305位点甲基化。这是一个全新的P53的甲基化位点。以往报道的P53的甲基化位点多集中在P53的C末端，而本文中发现的甲基化位点位于P53的四聚化结构域与DNA结合结构域之间，该位点的甲基化可能会影响P53的转录活性，并影响P53在细胞内的生物学功能，而具体这一位点甲基化产生的生理学意义，研究人员仍将设计进一步的研究方案以进行探究。
 
        P53的赖氨酸甲基化修饰是近年来发现的新的P53翻译后修饰，P53的甲基化修饰异常往往会影响P53的转录活性从而引发P53相关疾病。该位点的发现以及负责该位点甲基化修饰的关键酶的鉴定为人们进一步探究P53甲基化的生理学意义以及深入认识P53在细胞内的功能调控都提供了新的思路与研究角度。与此同时，该研究内容的研究思路也值得在其它研究方向上做进一步的推广，即利用已知的结构生物学信息去预测未知的生物学现象，并不断丰富人们对蛋白质在细胞内动态调控过程的相关认识。
 
        分子细胞卓越中心黎彦璟副研究员为本文第一作者，陈勇研究员为通讯作者。该研究得到了张江实验室质谱系统彭超、田晓旭的大力支持和帮助。该研究得到张江实验室国家蛋白质科学研究（上海）设施BL19U1晶体衍射线站、质谱分析系统和规模化蛋白质制备系统的支持和帮助。该研究工作获得中科院战略性先导计划和国家自然科学基金委的经费资助。

原文标题：

Crystal Structure of MLL2 Complex Guides the Identification of a Methylation Site on P53 Catalyzed by KMT2 Family Methyltransferases