优博微展2022｜艾华松：蛋白质化学合成助力解析泛素化组蛋白的结构机制

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蛋白质化学合成助力解析泛素化组蛋白的结构机制

Protein Chemical synthesis helps decipher the biochemical and structural mechanisms of histone ubiquitination

作    者：艾华松          

指导教师：刘磊 

培养院系：化学系             

学    科：化学生物学

读博感言：世界上怕就怕“认真”二字

研究背景/选题意义/研究价值

组蛋白翻译后修饰，通过改变染色质的结构或者招募效应蛋白来发挥功能，参与调控所有DNA相关的细胞过程，如DNA复制、转录激活、基因沉默和DNA损伤修复。其中，泛素化修饰有别于一般的小型翻译后修饰（如甲基化、乙酰化、磷酸化等），以一个8.5kD的泛素蛋白对底物进行修饰，这能够提供额外的蛋白互作界面以及空间尺寸效应。组蛋白泛素化的位点特异性生成机制、被效应蛋白特异性识别的机制、以及泛素化与其它修饰之间串扰的机制是近期新兴的研究热点与重点。本研究聚焦于蛋白质化学合成技术，开发新型泛素化样品的获取策略，用于解析组蛋白泛素化的生成、识别以及串扰过程的生化、结构机制。

主要研究内容

为研究H2BK34ub激活Dot1L对H3K79甲基转移酶活性机制的工作，我们采用基于多肽酰肼连接的半合成策略，高效获取了H2BK34ub组蛋白并重组为核小体，并解析了Dot1L-H2BK34ub核小体复合物电镜结构，最终提出核小体形变假说；
为研究组蛋白位点特异性生成泛素化的结构机制，我们开发了一种E2-ub核小体缀和策略，并成功获取了PRC1与BRCA1/BARD1的E3/E2-Ub/核小体复合物电镜结构；
为研究不同修饰与组合在53BP1招募中的定量生化效果，我们发展了一种基于多肽酰肼连接与烷基化学的组蛋白γH2AXK15ub合成策略，获取了多种不同翻译后修饰类型（磷酸化、泛素化、甲基化）与组合的修饰核小体，用于研究53BP1的生化与结构机制。

主要创新点

1、建立翻译后修饰诱导核小体形变构激活酶活性的全新假说；

2、首次发展化学捕获探针用于研究复杂底物的泛素化反应机制；

3、化学蛋白质合成技术获取的精准修饰样品用于定量生化研究。

代表性创新成果

1. H. Ai*, M. Sun*, A. Liu*, Z. Sun*, T. Liu*, L. Cao, L.-J. Liang, Q. Qu, Z. Li, Z. Deng, Z. Tong, G.-C. Chu, X. Tian, H. Deng, S. Zhao, J.-B. Li, Z. Lou, L. Liu. H2B Lys34 ubiquitination induces nucleosome distortion to stimulate Dot1L activity. Nat. Chem. Biol. 2022. https://doi.org/10.1038/s41589-022-01067-7.

2. H. Ai, Y. Guo, D. Sun, S. Liu, Y. Qi, J. Guo, Q. Qu, Q. Gong, S. Zhao, J.-B. Li, L. Liu. Examination of the deubiquitination site-selectivity of USP51 using chemically synthesized ubiquitinated histones. ChemBioChem 2019, 20, 221-229.

3. H. Ai, S. Peng, J.-B. Li. Chemical methods for studying the crosstalk between histone H2B ubiquitylation and H3 methylation. J. Pept. Sci. 2021, e3381.

何为优博微展？

优博微展是清华大学应届优秀博士毕业生论文精华的呈现，由清华大学研究生院联合各院系收集并发布，旨在对我校博士研究生的阶段性学术成果和在校时期科研成绩进行简要、集中展示。

作者、图片：艾华松

组稿、校阅：楚若冰

统筹：研究生院培养办

编辑与设计：研究生院综合办