蛋白质的翻译后修饰在生命体中具有十分重要的作用,它能调控蛋白质的结构、稳定性、定位及功能。蛋白质精氨酸甲基化修饰是一种常见的蛋白质翻译后修饰,主要是由高度保守的精氨酸甲基转移酶(Protein Arginine Methyltransferases,PRMTs)催化进行。PRMTs催化甲基基团从S-腺苷甲硫氨酸(S-adenosylmethionine,SAM)转移到蛋白质精氨酸胍基的氮原子上。在真核生物中主要有以下三种类型的精氨酸甲基化修饰形式:精氨酸单甲基化(ω-N~G-mono-methylarginine,MMA),非对称精氨酸二甲基化(ω-N~G,N~G-asymmetric methylarginine,aDMA)和对称精氨酸二甲基化(ω-N~G,N~G-symmetric methylarginine,sDMA)。人类细胞中有9种精氨酸甲基转移酶,分别为PRMT1-9。根据精氨酸甲基化修饰的催化类型可以分为3类:第一类催化MMA和aDMA的形成,这些酶包括PRMT1,PRMT2,PRMT3,PRMT4,PRMT6和PRMT8;第二类催化MMA和sDMA的形成,包括PRMT5和PRMT9;而PRMT7属于第三种类型,只能催化MMA的形成。PRMTs通过精氨酸甲基化修饰相应的底物控制着许多重要的细胞生物学过程,影响着细胞生长、增殖和分化。蛋白质精氨酸甲基化修饰的异常也与肿瘤,二型糖尿病等疾病的发生密切相关。解析与肿瘤发生密切相关的甲基转移酶的功能能为癌症的预防、诊断和治疗提供新的思路。哺乳动物精氨酸甲基转移酶3(Protein Arginine Methyltransferase 3,PRMT3)催化蛋白的精氨酸残基发生单甲基化和二甲基化修饰。PRMT3在其N端具有一个“锌指”结构,这有别于其他的精氨酸甲基转移酶,暗示了PRMT3可能具有独特的功能。PRMT3甲基转移酶可能在生命体中发挥着重要的功能,如PRMT3敲除的新生小鼠发育迟缓;在肺癌和乳腺癌中,PRMT3的甲基转移酶活性显著上调等。但目前我们对PRMT3蛋白的研究仍相对较少,其生物学功能和发挥作用的分子机制也不甚明确,其精氨酸甲基化修饰底物也不清楚。本研究借助CRISPR/Cas9基因编辑技术,建立了PRMT3敲除的非小细胞肺癌A549细胞株。PRMT3敲除的A549细胞克隆形成能力明显增强,细胞迁移能力不变,细胞周期发生显著变化。我们通过质谱鉴定的方法初步鉴定了PRMT3可能的底物,为进一步探究PRMT3的生物学功能及其在肺癌的诊断和治疗中的意义奠定了初步基础。除了探究精氨酸甲基转移酶的功能非常重要以外,研究已知的与肿瘤发生密切相关的蛋白的精氨酸甲基化修饰也对理解该蛋白的功能和肿瘤发生机制有重要意义。如PRMTs能直接甲基化组蛋白,调控转录;PRMT1和PRMT5能分别甲基化表皮生长因子受体(EGFR)。PRMT1能甲基化EGFR的198和200位的精氨酸,增强EGFR与EGF的结合和二聚化的形成,激活信号传导,促进癌细胞增殖。PRMT5能甲基化EGFR 1175位的精氨酸,促进1173位酪氨酸的自磷酸化,抑制ERK信号途径,抑制癌细胞增殖。Hippo-YAP通路是一个重要的信号转导通路,能影响细胞的增殖、凋亡从而调节器官大小和影响肿瘤的发生发展。YAP蛋白是该通路中的核心节点蛋白,其不同的翻译后修饰直接调控Hippo-YAP通路的激活或抑制。目前国际上对于YAP蛋白是否存在精氨酸甲基化修饰还不清楚。本研究通过蛋白质组学的方法首次发现YAP蛋白存在精氨酸甲基化修饰。我们鉴定了YAP蛋白上的3个精氨酸甲基化修饰位点,通过体内体外实验,发现YAP蛋白的124位和378位的精氨酸甲基化修饰影响127位丝氨酸的磷酸化,YAP蛋白的327位精氨酸影响Hippo-YAP通路下游基因的表达。这些结果有助于我们进一步深入理解YAP这一重要癌蛋白的调控机制,为靶向YAP治疗癌症提供新的理论基础。