表观遗传学是针对不涉及DNA序列变化而表现为DNA甲基化谱、染色质结构状态和基因表达谱在代间传递遗传现象的一门学科。研究发现组蛋白修饰和染色质结构影响Pre-mRNA剪接,Pre-mRNA剪接本身也影响染色质结构。哺乳动物基因组中95%的多外显子会通过不同剪接方式产生具有不同功能的蛋白质,这些剪接方式都与人类疾病密切相关。组蛋白翻译后修饰(post-translationalmodifications,PTMs)为调节染色质结构和动力学提供了微调机制。PTMs可以改变组蛋白和DNA之间的相互作用,并作为组蛋白效应蛋白的对接位点。效应蛋白结合在特定的PTMs位点募集或稳定核信号机制的各种组分,介导包括基因转录和DNA重组、复制和修复等过程。在本课题中,我们重点研究了表观遗传学中两种效应蛋白的结构,即Pre-mRNA剪接因子PRPF19的WD40结构域和组蛋白乙酰基转移酶TIP60的chromobarrel结构域的结构和功能。Pre-mRNA剪接因子PRPF19是人类剪接体重要组成部分。目前已经发现与人类PRPF19同源的酿酒酵母Prpf19在DNA重组中具有多重功能且在易错非同源末端连接DNA修复中具有重要功能。而对于人类的PRPF19的研究较少,且PRPF19在其C-末端包含WD40重复结构域,其在酵母中也是保守的。因此,我们通过X射线晶体衍射技术解析了PRPF19的C端WD40重复结构域的晶体结构。通过与酿酒酵母Prp19WD40晶体结构比较,发现除了一些保守残基簇在第四和第五个WD40的底端是一样的,其余部位均不一样。TIP60(Tat-interactiveprotein60),也被称为KAT5或HTATIP,属于MYST乙酰基转移酶家族,同时也是进化上非常保守的NuA4蛋白质复合体的重要成员。由一个N末端chromobarrel结构域(CB)和一个C末端乙酰转移酶结构域组成。过去十几年的研究证实,TIP60一方面可以作为转录调控因子结合核受体或c-MYC、AICD/Fe65、NCoR、E2F等转录因子来激活或抑制下游基因的表达,另一方面,也可以乙酰化一系列组蛋白或非组蛋白来调控其活性及稳定性,进而调控DNA损伤修复反应、细胞周期进程、细胞周期检查点的激活、凋亡、代谢及自噬等重要细胞生化过程。因此,组蛋白乙酰化功能障碍会引起一些相关疾病。有研究报道TIP60-CB识别组蛋白H3第9位三甲基化赖氨酸(H3K9me3),从而引起ATM激酶活化,促进DSB修复。也有研究表明,TIP60-CB可以结合组蛋白H3第4位单甲基化赖氨酸(H3K4me1),从而将TIP60募集到靶基因,而调节其转录。然而,该两种识别的分子机制尚不清楚。因此本课题打算探究TIP60-CB的作用位点,同时解释相互作用的分子机制。首先我们通过荧光偏振(FP)和等温滴定量热法(ITC)定量分析其TIP60-CB与申基化修饰组蛋白肽的相互作用。然而我们没有检测到它们之间的相互作用。我们进一步尝试用共结晶方法获得与TIP60-CB结合组蛋白肽的复合物的晶体结构,但是没能成功,我们只解析了TIP60-CB的单体结构。结构分析发现TIP60-CB很可能不与甲基化组蛋白结合的分子机制:尽管TIP60-CB具有由2个芳香族残基组成的甲基化组蛋白肽识别芳香笼,但是该芳香笼被TIP60-CBN端的两个β-barrel之间特有的β发夹中带正电的氨基酸残基所占据,从而阻止了TIP60-CB与组蛋白肽的相互作用。本课题通过对比人源PRPF19的WD40和酵母中保守的Prp19的WD40结构域的异同,为我们理解其功能差异提供了结构依据,也为深入探讨其功能奠定了结构基础。此外,本课题还对TIP60-CB本身及其相互作用的组蛋白肽之间的识别方式做了初步结构分析。尽管结构研究提示TIP60-CB可能形成一个甲基化修饰组蛋白肽结合的芳香笼,但该芳香笼被带正电荷的氨基酸所占据,从而阻止了组蛋白肽与TIP60-CB的结合。然而,这些研究结果并不能排除组蛋白肽与TIP60在体内仍有可能结合,因为这种结构上的障碍可能是瞬时的。总之,本文的研究结果为进一步研究PRPF19以及TIP60蛋白的结构和功能奠定了基础,并为日后基于结构开发PRPF19WD40结构域及TIP60-CB结构域特异性抑制剂提供了结构基础。