染色质重塑蛋白ATRX活性调控的分子机制
批准号:
32100966
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
王晓曼
依托单位:
学科分类:
结构生物学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
王晓曼
中文摘要
X连锁α地中海贫血/智力发育迟缓蛋白(ATRX)不仅是ATRX综合征关键性的病因蛋白,还与数种肿瘤的发生发展密切相关。ATRX蛋白作为SF2超家族中的一员,具有ATP依赖的染色质重塑活性,并在调控基因表达、DNA修复、维持染色质稳定性等方面都发挥至关重要的作用。对于ATRX结构研究的缓慢进展制约着对其发挥功能的分子机制的深入研究。. 本项目将以结构学为突破口,对染色质重塑蛋白ATRX及相关蛋白复合物展开系统性研究,致力于(1)揭示ATRX发挥ATPase活性的结构基础和分子机制,(2)阐述ATRX和核小体在分子水平上的整体架构和重塑机制,(3)探究ATRX蛋白活性调控的分子机制,(4)阐明相关疾病突变的致病机理。上述研究成果不仅为进一步研究ATRX参与各项基本生命活动的机制奠定了坚实的基础,还能为相关的疾病治疗提出新思路和新靶点。
英文摘要
Alpha Thalassemia/Mental developmental retardation, X-linked (ATRX) protein(ATRX) is a major etiological factor for ATRX syndrome. The mutations of ATRX have also been found in some cancers. As a member of the SF2 superfamily, ATRX has an ATP-dependent chromatin remodeling activity, and plays important roles in regulating gene expression, DNA repair, and maintaining the chromosome stability. The limited information on ATRX structure is the bottle-neck for understanding the molecular mechanisms of ATRX functions. . In this project, we plan to apply X-ray crystallography and cryo-EM techniques to reveal the structural features of ATRX and related protein complexes, such as ATRX-DNA and ATRX-nucleosome complexes. We will explore the following aspects of ATRX: (1) the structural basis and molecular mechanism of DNA-dependent ATPase activity of ATRX, (2) the overall architecture of ATRX-nucleosome complex and molecular mechanisms of nucleosome remodeling by ATRX, (3) the potential regulating elements for ATRX activity, (4) the pathogenic mechanism of related disease mutations. Our work will not only pave the way for further research on the mechanism of ATRX participating in various cellular processes, but also provide clues for drug design for related disease treatment。
X连锁α地中海贫血/智力发育迟缓蛋白(alpha-thalassemia/mental retardation X-linked, ATRX)是一类ATP依赖的染色质重塑蛋白,在基因表达调控和维持基因组稳定等方面发挥着重要作用。ATRX蛋白是ATRX综合征(ATRX syndrome)的关键致病因子,还在多种癌症细胞中被发现频繁地发生突变。本项目围绕“染色质重塑蛋白ATRX活性调控的分子机制”这一关键科学问题,对ATRX蛋白进行了针对性研究。在项目执行期内,我们主要研究了ATRX蛋白的两个核心结构域,分别是负责染色质重塑的ATPase结构域和负责染色质定位的ADD (ATRX-DNMT3-DNMT3L)结构域。主要的工作及发现包括:1)解析了ATRX蛋白ATPase结构域(ATRXATPase)的晶体结构,揭示了ATPase结构域从静息态向激活态转变的分子机制;2)解析了ATRXATPase-NCP复合物的冷冻电镜结构,揭示了单ATPase结构域解体核小体的分子机制;3)发现了ATRXATPase含有一段能够结合组蛋白H3-H4的酸性片段(HBM,Histone binding motif)并具有促进四小体组装的活性,ATRXHBM-ASF1b-H3-H4四元复合物的晶体结构解析揭示了ATRXHBM结合H3-H4的分子机制;4)IP-MS筛选了ATRX蛋白ADD结构域(ATRXADD)的潜在相互作用蛋白,包括NURD复合物和组蛋白变体macroH2A,进一步的结构预测、突变设计和生化分析揭示了ATRXADD特异性与macroH2A1相互作用的分子机制。这一系列的工作为我们揭示ATRX蛋白复杂的分子机制奠定了坚实的基础,对理解ATRX蛋白发挥复杂生理功能和助力靶向ATRX蛋白的药物设计具有重要的科学意义和应用价值。
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