Structure and Function of JmjC Histone Demethylases

JmjC 组蛋白去甲基酶的结构和功能

基本信息

  • 批准号:
    7247686
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 29.64万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2007
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2007-05-01 至 2011-04-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): Covalent modifications of histone proteins, essential regulators of the activity of genes in eukaryotic cells, remodel the chromatin structure via a variety of enzymatic reactions. The reversible processes of some modifications, such as acetylation and deacetylation, are well characterized. Whether methylation and demethylation reversibly contribute to gene regulation, however, remains controversial. Recent studies have shown that methylation and demethylation are universally used to posttranslationally modify histones for the regulation of gene activity. In addition to LSD1, a nuclear amine oxidase homolog, which was found to function as a histone lysine demethylase, we and others found that some JmjC domain-containing proteins are histone demethylases. Specifically, we found that members of the JMJD2 protein family are histone demethylases that act on trimethyl groups of H3-K9 and H3-K36. Moreover, some members of this family also have activity for dimethyl groups. To understand the relationships between the structures and functions of these proteins, we have determined the structure of the catalytic core of the JMJD2A protein. From this structure, several novel structure features were revealed, such as the novel JmjN domain, the JmjC domain, the C-terminal domain, and a zinc finger motif. These unique structural features create a potential catalytic center. The structure also revealed a characteristic signature motif, which includes structural determinants for cofactors such as Fe(II) and a-ketoglutarate, a hallmark of non-heme containing oxygenases. There, however, are major questions that remained to be answered, such as the structural basis of the recognition of the substrate peptides by the catalytic core, the structural determinants of the specificity for the methyl groups, the mechanisms that regulate the activity of the enzyme, and the relationships among different JmjC domain-containing histone demethylases. Furthermore, only a small percentage of JmjC domain-containing proteins have been characterized. We believe that there are uncharacterized histone demethylases within the family of JmjC domain-containing proteins. Structural information derived from JMJD2A should be helpful in revealing these new histone demethylases. To answer these questions and to understand how the JmjC domain-containing histone demethylases function, three specific aims are proposed. Specific aim 1 - To characterize the structures and functions of the JMJD2 family members and to identify new histone demethylases; Specific aim 2 - To determine the high-resolution structures of the catalytic core of JMJD2A in the presence of different substrate peptides; Specific aim 3 - To determine the high-resolution structures of the entire JMJD2A protein and of the catalytic cores of other JmjC domain-containing proteins and to reveal the mechanisms that regulate the activity of JMJD2A and other related proteins.
描述(由申请人提供):组蛋白的共价修饰,真核细胞中基因活性的基本调节剂,通过多种酶促反应重塑染色质结构。某些修饰的可逆过程(例如乙酰化和脱乙酰化)是很好的特征。然而,甲基化和脱甲基化是否可逆地有助于基因调节。最近的研究表明,甲基化和脱甲基化普遍用于翻译后修饰组蛋白以调节基因活性。除LSD1(一种核胺氧化酶同源物(被发现充当组蛋白赖氨酸脱甲基酶)外,我们和其他人都发现某些含JMJC结构蛋白的蛋白是组蛋白脱甲基酶。具体而言,我们发现JMJD2蛋白家族的成员是对H3-K9和H3-K36的三甲基的组蛋白脱甲基酶。此外,该家族的一些成员还针对二甲基群有活动。为了了解这些蛋白质的结构和功能之间的关系,我们确定了JMJD2A蛋白的催化核心的结构。从这种结构中,揭示了一些新的结构特征,例如新型JMJN域,JMJC域,C末端域和锌指基序。这些独特的结构特征创造了潜在的催化中心。该结构还揭示了一个特征性的签名基序,其中包括Fe(II)和A-Ketogoglutarate等辅助因子的结构决定因素,这是含有氧酶的非血红素标志。然而,存在仍有待回答的主要问题,例如通过催化核对底物肽识别的结构基础,甲基特异性的结构决定因素,调节酶活性的机制以及不同JMJC结构域的基因蛋白氨基蛋白甲基酶之间的关系。此外,仅表征了一小部分含JMJC结构域的蛋白质。我们认为,含JMJC域的蛋白质家族中存在未表征的组蛋白脱甲基酶。源自JMJD2A的结构信息应有助于揭示这些新的组蛋白脱甲基酶。为了回答这些问题,并了解含有JMJC域的组蛋白脱甲基酶的功能,提出了三个具体目标。具体目的1-表征JMJD2家族成员的结构和功能并鉴定新的组蛋白去甲基酶;具体目的2-确定在不同底物肽存在下JMJD2A催化核心的高分辨率结构;具体目标3-确定整个JMJD2A蛋白的高分辨率结构以及其他含JMJC结构域蛋白质的催化核心的催化核,并揭示调节JMJD2A和其他相关蛋白活性的机制。

项目成果

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