本论文的第一部分研究了组蛋白去甲基化酶LSD2的结构与功能关系。LSD1是第一个被发现的组蛋白赖氨酸去甲基化酶,属于胺氧化酶家族成员。作为LSD1的唯一同源蛋白,LSD2也具有H3K4位点一甲基和二甲基的去甲基化酶活性,并在转录调控和基因组印迹的建立中起着重要作用。LSD2去甲基化酶的结构和酶活性调控的具体机制还不清楚。在本研究中,通过与北京农业大学陈忠周教授实验室合作,我们解析了LSD2的高分辨率晶体结构,并对其结构和功能进入了深入分析。LSD2具有三个结构域：N端特殊的锌指结构域、中间的SWIRM结构域和C端的胺氧化酶结构域,解析的晶体结构表明三个结构域紧密相连形成一个靴型结构。晶体结构也显示N端特殊的锌指结构域包含一个C4H2C2型锌指和一个CW型锌指,通过一系列体外和体内实验,我们发现C4H2C2型锌指和CW型锌指对于LSD2的去甲基化酶活性是必需的。进一步研究发现虽然N端锌指并没有直接与C端胺氧化酶区域发生相互作用,但通过与中间的SWIRM结构域的相互作用来调控酶活性区域的正确结构。破坏锌指与SWIRM或者SWIRM与胺氧化酶结构域的相互作用的点突变都导致胺氧化酶结构域不能结合FAD和LSD2酶活性的丧失。我们的研究表明锌指结构域不仅介导蛋白与蛋白及蛋白与DNA之间的相互作用,它还可以通过分子内部的相互作用对蛋白的结构起重要调控作用。我们的工作也揭示了锌指结构域和SWIRM结构域调控LSD2酶活性的分子机制。本论文的第二部分利用UHRF1敲除的小鼠胚胎干细胞模型研究了DNA甲基化修饰在印迹基因的维持和建立中的作用和潜在分子机制。基因组印迹是由于亲本来源不同而导致等位基因差异表达的一种现象,其形成被认为与等位基因调控区域的差异性DNA甲基化（DMR）和组蛋白修饰密切相关。UHRF1是一个重要的表观遗传调控因子,为DNA维持性甲基化所必须,其作用是在DNA复制时结合复制叉并招募DNMT1。由于DNA甲基化不能正常维持,在UHRF1敲除的小鼠胚胎干细胞中DNA甲基化水平有明显降低。通过基因芯片分析,我们发现有25个印迹基因在UHRF1敲除后产生了差异表达。在UHRF1敲除的细胞中重新表达UHRF1能恢复DNA甲基化的整体水平,但大多数印迹基因DMR的甲基化不能被恢复,只有少数印迹基因如H19、Nnat和DIk1的DMR区域的DNA甲基化可以被恢复。利用染色质免疫沉淀的方法我们检测了DMR区域的染色质状态（包括H3ac, H3K4me2, H3K4me3, H3K9me2, H3K9me3和H4K20me3）,同时我们也分析了印迹基因调控因子ZFP57在DMR的结合状态,发现DNA甲基化不能恢复的印迹基因其DMR区域一般而言存在较高水平的激活性组蛋白修饰如H3K4me2/3,而能恢复的基因中则存在较高的抑制性组蛋白修饰如H3K9me2/3。我们的研究揭示了组蛋白修饰在基因组印迹基因DNA甲基化的建立过程中有重要作用。