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如何破译健康与疾病中的表观遗传密码?
发布时间:2024-09-09

报告题目

Decipher the Epigenetic Code in Health and Disease

 

主讲人

李海涛教授(清华大学 )

 

主要研究领域及方向

表观遗传调控的分子结构基础

 

撰稿|秦原华 高久香

审核|黄亚平

 

表观遗传调控关注染色质层面遗传信息组织与解读,具体机制涉及到组蛋白或DNA/RNA修饰、组蛋白变体、染色质重塑以及非编码RNA等。表观遗传机制在从基因表达调控到细胞命运决定等众多生命过程中发挥着重要作用。与此同时,越来越多证据揭示表观遗传调控异常会导致各种人类疾病的发生,尤其是癌症。

 

李教授及其团队主要采用结构生物学手段,并结合其他生物化学和细胞生物学技术,研究表观遗传调控和修饰生物学过程中的分子识别与催化事件。此外,他们还积极开展基于微阵列芯片的生物分子互作工具的开发以及基于结构的药物发现研究。

 

9月4日中午,李海涛教授与创新中心的博士生们进行了交流。大家介绍了各自的研究方向和专业,与李老师一起探讨了各自专业领域的一些最新进展。随后,李老师热情地回答了大家提出的问题,并通过讲述实验室同学的故事表达了对博士生的期望和建议:首先是保持积极的心态;其次是扎实的基础知识;最后是对科学问题要有自己的见解和想法,要形成批判性思维。通过与李老师的交流,同学们受益良多。

 

下午李海涛老师带来了一场精彩的学术讲座,主题是“破译健康与疾病中的表观遗传密码”。在讲座中,同学们系统性了解到表观遗传学的基础知识。表观遗传指的是在不改变DNA序列的情况下,遗传物质发生的可遗传变化,从而导致表型的改变。表观遗传学主要涉及以下几个方面:DNA甲基化(5mc、5-hmC、fc、caC、6mA、5hmU、BaseJ、5gmC)、组蛋白修饰 (Acylation、Qme、Qser、Kbz、Kla等)、非编码RNA的调控以及染色质三维结构的重塑。李老师系统介绍了组蛋白的翻译后修饰,如乙酰化、甲基化、巴豆酰化和乳酸化等修饰如何调控染色质的结构和紧密度,从而影响基因表达,及其与人类疾病的关系。

 

李老师分享的其中一个关于组蛋白甲基化研究的故事令人印象深刻。在这项研究中,李老师团队发现同一个组蛋白修饰“阅读器”识别不同组蛋白修饰组合产生不同的基因表达调控结果。具体来说,转录共激活因子Spindlin1拥有三个串联的Tudor结构域,其中第一和第二个Tudor结构域的芳香笼口袋能够识别多种组蛋白甲基化修饰类型,包括H3K4me3、H4K20me3、H3K4me3-R8me2a和 H3K4me3-K9me3等。然而,第三个Tudor结构域不具备完整的芳香笼口袋,其功能尚不完全清楚。2017年,有研究发现SPINDOC蛋白是Spindlin1的相互作用蛋白,并发现其能削弱Spindlin1的转录激活作用,但具体机制尚未明了。李老师课题组与合作者针对这一问题在J Mol Biol杂志上发表的最新研究成果表明Spindlin1的第三个Tudor结构域能够识别SPINDOC蛋白的一段疏水肽段从而形成稳定的复合物,而位于疏水肽段前的碱性肽段可以竞争性抑制Spindlin1对组蛋白H3K4me3的识别,从而减弱Spindlin1对下游基因的转录共激活作用。然而,当H3K4me3和H3K9me3同时存在时,这种竞争结合机制便不存在。

 

 

SPINDOC可以衰减Spindlin1(三个Tudor结构域)的转录激活的作用

 

关于Spindlin1第三个Tudor结构域的功能,李老师课题组在去年8月份的研究中报道了一个新的相互作用蛋白-乙型肝炎病毒(HBV)的调节蛋白HBx。研究发现,HBx通过疏水作用结合于Spindlin1的第三个Tudor结构域,并促进了染色质cccDNA的基因表达。因此,Spindlin1的三个串联Tudor结构域不仅通过识别组蛋白修饰来影响基因表达,还可通过调控HBV基因组的转录来维持HBV的生命周期。

 

李老师还在报告中展示了一张他与合作者的照片,照片中他与合作者脖子上系着红色的围巾,他跟同事和合作者头上戴着不同类型帽子。围巾和不同款式的帽子,分别代表不同的表观遗传修饰以示区别。这种比喻,不仅生动形象,而且让人印象深刻。这让同学们对表观遗传学的理解更加深刻,也增添了学习的乐趣。