本论文包含两例表观遗传学领域锌指蛋白结构与功能研究。　　 组蛋白尾部上的翻译后修饰包括甲基化、乙酰化、磷酸化和泛素化等。这些修饰位点包含着特定的生物学信息，被称作“组蛋白密码”，可以被一些含有特定结构域的蛋白和蛋白复合物识别，PHD锌指结构域是其中的重要成员之一。组蛋白的甲基化是可逆的，至今已经发现了两类赖氨酸去甲基化:以LSD1为代表的黄素腺嘌呤二核苷酸依赖性胺氧化酶和含有JmjC结构域的通过氧化羟基化机制发生去甲基化作用的蛋白家族。KDM5B/PLU1/JARID1B发现于人乳腺癌细胞系中，包含JmjN、ARID、三个PHD、JmjC和ZF-C2HC5结构域，是H3K4me3/2/1去甲基化酶，其过表达能促进乳腺癌细胞和前列腺癌细胞的增殖。KDM5B蛋白与未修饰组蛋白H3的结合对维持H3K4未甲基化状态至关重要，其被PARP-1蛋白进行PARylation修饰后无法结合未修饰组蛋白H3，去甲基化活性丧失。本文通过体外结合实验证实KDM5B的第一个PHD结构域(KDM5B-PHD1)负责结合组蛋白H3，GST pull-down实验和ITC实验表明KDM5B-PHD1能够特异性识别组蛋白H3K4me0。我们通过核磁共振波谱技术研究了自由态的KDM5B-PHD1及其与H3K4me0(1-10aa)复合物的三维结构。结构显示KDM5B-PHD1结构域与H3K4me0紧密结合，H3A1侧链插入到由L325、P347和W351构成的疏水口袋中。H3K4me0上的侧链和KDM5B-PHD1形成了一系列的静电相互作用，比如H3R2和D328、H3T3和E321以及H3K4和D308。利用ITC实验和核磁共振滴定实验，我们检测了KDM5B-PHD1和H3K4me0的突变体之间的相互作用，实验显示H3A1和H3R2在KDM5B-PHD1识别H3多肽的过程中发挥着重要作用。H3K4主要被D308的末端羧基识别，同时也与Y310和L326有微弱疏水相互作用。与其他识别H3K4me0的PHD比较，KDM5B-PHD1识别H3K4me0的口袋负电荷较少，疏水残基较多，空间比较宽松，其特殊性有利于特异性抑制剂的设计。研究表明N-端PHD1结构域缺失的KDM5B蛋白丧失去甲基化活性;KDM5B的同源蛋白LID蛋白的N-端PHD1结构域缺失后其去甲基化活性同样消失。体内化学荧光免疫实验显示表达KDM5B突变体D308A、L325A/D328A和W351A的细胞较之表达野生型KDM5B的细胞，其H3K4三甲基化水平升高，KDM5B所调控的抑癌基因的转录水平升高，这说明KDM5B-PHD1结合未修饰组蛋白H3后，能够作为未甲基化H3K4的保护子，有利于维持H3K4处于未甲基化状态，避免被甲基转移酶修饰。　　 神经元限制性沉默因子(NRSF/REST)是一种锌指蛋白转录抑制因子，它通过多锌指结构域结合神经限制性沉默元件(NRSE/RE1)碱基序列保守的双链DNA，其N端和C端的抑制结构域募集其他蛋白，诸如sin3A/B、CoREST、NcoR和SCPs，进而结合组蛋白甲基转移酶、组蛋白去乙酰化酶等，从而在转录水平抑制许多和神经元发育及功能相关的基因在非神经元细胞中的表达。最近研究发现非编码的双链RNA(NRSE/RE1 dsRNA)能通过与NRSF/REST相互作用能够激活由其抑制的基因。我们的EMSA实验结果表明NRSF/REST的多锌指结构域是与两个NRSE/RE1核酸结合的关键功能域。本文首先基于圆二色谱和二维核磁共振谱图，发现ZnF8的C397导致整个锌指结构域表达异常，从而通过定点突变C397S实现锌指结构域ZnF2-8、ZnF3-8、ZnF4-8和ZnF5-8可溶性表达，这是目前文献报导的首次多锌指蛋白表达方法。荧光偏振实验显示NRSE/RE1 dsDNA结合位点是ZnF4-8，对应于dsDNA保守15个碱基对。分析ZnF5-7的溶液结构可以看到ZnF7有较大区域的负电荷聚集区不利于结合核酸。ZnF5-7结合NRSE/RE1 dsDNA前后的化学位移扰动表明ZnF5-7中的ZnF7没有参与结合底物，ZnF5结合最强。根据经典锌指模体识别核酸底物关系，我们预测ZnF5识别的基因序列为5’-GGA-3’，并在NRSE/RE1 dsDNA上找到了对应的序列，进而预测了REST锌指结构域识别NRSE/RE1 dsDNA的机制，很好地解释了NRSE/RE1dsDNA的保守性。此外，破坏ZnF7的锌指结构增加了ZnF4-8对dsDNA的结合能力，却降低了对dsRNANRSE/RE1 dsDNA的结合能力。我们研究发现各个锌指结构域对NRSE/RE1 dsRNA的结合明显强于NRSE/RE1 dsDNA的结合，NRSE/RE1 dsRNA能够置换下锌指结构域-dsDNA复合物中的NRSE/RE1 dsDNA，从而在体外初步表明NRSE/RE1 dsRNA发挥功能可能是通过置换dsDNA来进行的。