Ученые из Northwestern Medicine обнаружили, что белок BRWD2 / PHIP связывается с метилированием гистонового лизина 4 (H3K4) – ключевым молекулярным событием, влияющим на экспрессию генов, – и продемонстрировали, что это происходит через ранее не охарактеризованный структурный домен белка.
Помимо предоставления нового понимания регуляции экспрессии генов, результаты имеют важное значение для нескольких заболеваний, поскольку BRWD2 / PHIP сверхэкспрессируется при метастатической меланоме, а мутации в родственных генах связаны с синдромами нервного развития.
Исследование, опубликованное в журнале Genes & Разработкой руководил Али Шилатифард, доктор философии, профессор Роберта Фрэнсиса Ферчготта и заведующий кафедрой биохимии и молекулярной генетики. Марк Морган, доктор философии, докторант, был первым автором.
Человеческая ДНК обернута вокруг белков, называемых гистонами. Когда эти белки модифицируются посредством молекулярного процесса, называемого метилированием гистонов, они также играют роль в определении того, какие гены включены или выключены.
Около двух десятилетий назад Шилатифард обнаружил, что метилирование в определенном месте гистона, называемом H3K4, катализируется семейством ферментов, которые он назвал COMPASS. С тех пор лаборатория Шилатифарда продолжала делать обширные открытия о процессе метилирования гистона H3K4, о том, как он контролирует экспрессию генов и как его неправильное регулирование может приводить к раку и другим расстройствам.
В текущем исследовании ученые впервые продемонстрировали, что белок BRWD2 / PHIP напрямую связывается с реализуемым COMPASS метилированием H3K4 в раковых клетках человека, эмбриональных стволовых клетках мыши и дрозофиле (дрозофилах).
Далее они обнаружили, что BRWD2 / PHIP распознает модификацию через ранее неизвестный домен белка, который они назвали доменом CryptoTudor.
"Это дает молекулярную функцию гену, который был в поле зрения людей из-за его роли в человеческих заболеваниях," Морган сказал. "Мы показываем, что это действительно часть пути, о котором мы много знаем, и предоставляем механизм, как он связывается с конкретным субстратом."
Ученые продемонстрировали результаты с помощью междисциплинарного подхода, который использовал преимущества многих современных экспериментальных технологий, включая редактирование генов CRISPR-Cas9, секвенирование следующего поколения, масс-спектрометрию и биофизические эксперименты.
Морган отмечает, что полученные данные особенно красноречивы, поскольку существует поразительное совпадение условий, влияющих на людей, у которых есть мутации в генах, кодирующих белки COMPASS и BRWD, такие как умственная отсталость.
"Мы думаем, что если активность COMPASS инициирует метилирование H3K4, и это то, с чем BRWD2 связывается в хроматине, то они должны быть частью одного и того же пути," Морган сказал. "Теперь следующий большой шаг – точно понять, что на самом деле делает этот белок – и именно этим мы сейчас занимаемся в лаборатории."
Будущие исследования, помимо определения функции BRWD2, также будут направлены на понимание того, как его связывание может помочь регулировать процесс контроля транскрипции.
"Мы нашли это семейство факторов связывания H3K4, и мы собираемся опираться на это и определять, что они делают," сказал Шилатифард, также профессор педиатрии и член Роберта Х. Комплексный онкологический центр Лурье Северо-Западного университета. "Это похоже на головоломку – раньше в этот кусок головоломки ничего не подходило, а теперь у нас есть кусок, который имеет смысл. Теперь нам нужно раскрыть остальную часть головоломки."