一個(gè)人生病的因素有多種多樣，但不外乎于內(nèi)因和外因兩類。內(nèi)在因素中最根本的就是基因，醫(yī)學(xué)研究表明，所有的疾病或多或少都和基因有一些關(guān)聯(lián)，主要是由于基因表達(dá)發(fā)生突變造成。基因的表達(dá)調(diào)控如何控制生物體的發(fā)育，又是怎樣影響人體的健康與疾病?這是世界各國科學(xué)家競相研究的熱門課題。

日前，南開大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、藥物化學(xué)生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室龍加福教授團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)研究，揭示了一種影響基因表達(dá)調(diào)控的重要蛋白質(zhì)復(fù)合物——Paf1復(fù)合物中Paf1-Ctr9亞復(fù)合物組裝及功能調(diào)節(jié)的奧秘，為相關(guān)腫瘤治療和藥物開發(fā)奠定了分子基礎(chǔ)。相關(guān)論文在線發(fā)表于國際知名學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》上。

解析Paf1和Ctr9亞復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)

在酵母發(fā)酵、植物開花結(jié)果、受精卵發(fā)育成熟以及人的一生中，細(xì)胞的基因表達(dá)在時(shí)間、空間上處于有序狀態(tài)，并對(duì)環(huán)境條件的變化做出及時(shí)反應(yīng)。基因轉(zhuǎn)錄延伸是細(xì)胞調(diào)節(jié)基因表達(dá)的一個(gè)高度有序而又極為復(fù)雜的調(diào)控過程，需要多種轉(zhuǎn)錄因子的參與。

在真核生物中，高度保守的聚合酶Ⅱ相關(guān)因子1復(fù)合物被簡稱為Paf1復(fù)合物，其在調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄延伸和染色質(zhì)修飾方面起著重要作用。此外，Paf1復(fù)合物在細(xì)胞周期調(diào)控、干細(xì)胞多能性維持、DNA修復(fù)和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等多個(gè)生物學(xué)過程中發(fā)揮著作用。因此，龍加福團(tuán)隊(duì)將研究重點(diǎn)聚焦于“剖析”Paf1復(fù)合物上。

“Paf1復(fù)合物由5個(gè)蛋白質(zhì)亞基組成，在RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄的時(shí)候起到輔助功能，并參與染色質(zhì)中組蛋白的甲基化修飾。”龍加福介紹，5個(gè)蛋白質(zhì)亞基構(gòu)成的完整復(fù)合物在細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)錄延伸中發(fā)揮功能，其中任意的兩個(gè)或者多個(gè)蛋白質(zhì)亞基組合在一起被稱之為亞復(fù)合物。Paf1和Ctr9就是Paf1復(fù)合物中的兩個(gè)重要蛋白質(zhì)亞基，兩者的突變會(huì)導(dǎo)致癌癥等相關(guān)疾病的發(fā)生發(fā)展。

經(jīng)過多年潛心研究，龍加福團(tuán)隊(duì)綜合利用生物化學(xué)、結(jié)構(gòu)生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)等多學(xué)科交叉的手段及方法，同時(shí)解析了人源和酵母源Paf1-Ctr9亞復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)。研究最終發(fā)現(xiàn)Paf1-Ctr9亞復(fù)合物對(duì)于整個(gè)Paf1復(fù)合物的組裝非常重要，揭示了Paf1和Ctr9基因突變導(dǎo)致相關(guān)腫瘤的分子基礎(chǔ)，也揭示了該亞復(fù)合物在組蛋白甲基化修飾和酵母活力方面的重要作用。

有助篩選藥物靶標(biāo)和小分子抗癌藥

人體內(nèi)大約有4萬個(gè)基因，但并不是每個(gè)基因都有著正常功能，有些是所謂的缺陷基因，這些基因往往成為致病基因。每個(gè)看上去健康的人，身上都攜帶著5—6個(gè)致病基因，只不過其致病性暫時(shí)還潛伏著。

高度保守的多功能Paf1復(fù)合物最初是在芽殖酵母中被發(fā)現(xiàn)的，對(duì)它的研究已經(jīng)有幾十年的歷史。龍加福介紹，目前，世界范圍內(nèi)對(duì)不同種屬來源的Paf1復(fù)合物結(jié)構(gòu)信息的認(rèn)知仍有一定局限性。在冷凍電鏡技術(shù)迅猛發(fā)展的大環(huán)境下，此前德國的研究人員已經(jīng)得到高分辨率酵母源Paf1復(fù)合物的結(jié)構(gòu)信息，但分辨率遠(yuǎn)未達(dá)到原子水平的要求。在國內(nèi)，北京師范大學(xué)的研究人員也通過對(duì)嗜熱真菌中Ctr9-Paf1-Cdc73亞復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)的解析，擴(kuò)展了人們對(duì)Paf1復(fù)合物組裝機(jī)制的認(rèn)知。

以往研究報(bào)道稱，基因中的Ctr9和Paf1表達(dá)異常或突變?nèi)菀滓l(fā)白血病、胰腺癌、卵巢癌、腎母細(xì)胞瘤以及乳腺癌等疾病。龍加福教授團(tuán)隊(duì)在解析出了人源Paf1-Ctr9晶體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過生物化學(xué)以及細(xì)胞生物學(xué)等試驗(yàn)方法，進(jìn)一步揭示了由Ctr9和Paf1的基因突變引發(fā)疾病的可能分子基礎(chǔ)，即基因突變通過破壞Paf1復(fù)合物的組裝進(jìn)而影響組蛋白修飾(甲基化等)，從而可能參與調(diào)節(jié)疾病發(fā)生發(fā)展過程中相關(guān)基因的表達(dá)，最終引發(fā)疾病。

“解析Paf1-Ctr9亞復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)，就是從原子水平看清了這兩個(gè)蛋白的精細(xì)結(jié)構(gòu)和構(gòu)象，也為將來定向改造該亞復(fù)合物奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)解析人源和酵母源的結(jié)構(gòu)可以對(duì)Paf1復(fù)合物在轉(zhuǎn)錄延伸中的作用機(jī)制有更深入的了解，闡明了從酵母等低等真核生物到人等高等哺乳動(dòng)物的Paf1復(fù)合物在轉(zhuǎn)錄延伸中的分子機(jī)制是相當(dāng)保守的。”龍加福教授介紹說，這項(xiàng)工作最大的作用是為后續(xù)藥物靶標(biāo)的篩選及抗癌小分子藥物的設(shè)計(jì)開發(fā)奠定了前期基礎(chǔ)，很有可能成為相關(guān)癌癥病人的福音。

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