高 銳，劉凌霄

(濟南護理職業(yè)學(xué)院，濟南250102)

在哺乳動物中，目前發(fā)現(xiàn)的組蛋白精氨酸甲基化位點包括 H3-Arg2、H3-Arg8、H3-Arg17、H3-Arg26和H4-Arg3。精氨酸甲基化由組蛋白精氨酸甲基化轉(zhuǎn)移酶(PRMTs)催化完成;與賴氨酸甲基化類似，精氨酸甲基化也可激活或抑制染色質(zhì)的相關(guān)功能。精氨酸甲基化存在單甲基化、對稱雙甲基化和非對稱雙甲基化三種狀態(tài)。現(xiàn)結(jié)合文獻對PRMTs的研究進展綜述如下。

1PRMTs的分類

蛋白質(zhì)精氨酸甲基化是一種存在于真核生物中常見的翻譯后修飾過程，主要由PRMTs催化，將甲基基團從S-腺苷甲硫氨酸(AdoMet)上轉(zhuǎn)移到精氨酸的胍基上［1］。PRMTs分為兩類，它們都可催化精氨酸上胍基的單甲基化，同時第1類PRMTs還能產(chǎn)生不對稱的精氨酸雙甲基化。第2類PRMTs能產(chǎn)生對稱的精氨酸雙甲基化［2］。在已知的PRMTs中，只有PRMT5/JBP1是第2類PRMTs，它使一類蛋白的特定精氨酸發(fā)生對稱性雙甲基化，其中包括髓磷脂堿性蛋白、剪接體蛋白及組蛋白 H3和 H4［3］。PRMT5被鑒定為Jak激酶結(jié)合蛋白(JBP1)，其可與多種蛋白同時存在組成復(fù)合物。

在真菌、植物到動物等真核生物中，已經(jīng)報道了多個 PRMTs基因，如 PRMT1、PRMT2、PRMT3、PRMT4/CARM1、PRMT5/JBP1、PRMT6 及 PRMT7。在果蠅、酵母、擬南芥和線蟲的整個基因組中，有9個PRMTs基因被確定。另外，在斑馬魚、海膽、鼠及西紅柿中，也具有高度同源的序列。因此，PRMTs是一個在真核生物中高度保守的蛋白家族。

2PRMT1和PRMT4/CARM1

目前，對PRMT1和PRMT4/CARM1的研究較深入，它們可對組蛋白H3、H4和H2B進行甲基化修飾，也可作用于其他蛋白。組蛋白精氨酸甲基化可指導(dǎo)組蛋白參與染色體的折疊［4，5］，如 PRMT1對組蛋白H4-Arg3的甲基化可推動H4的乙?；饔?，引發(fā)由核激素受體介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄活動，而CARM1在此過程中起激活作用。在體外，3個激活因子PRMT1、CARM1和p300(無論先后加入還是一起加入)都存在的情況下，p53介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄會達到最大激活;將染色體模板和p53及PRMT1混合孵育可顯著增強p300的組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶活性;將染色體模板與p53、p300預(yù)孵化，也可誘導(dǎo)CARM1對H3的精氨酸甲基化作用。

PRMT1是一種在哺乳動物細胞中占絕對多數(shù)的第1類PRMT，其活性占細胞中PRMT總活性的85%。PRMT1在所有被檢測的組織中都有表達，而它在胚胎神經(jīng)發(fā)育組織中的表達最高［6］。刪除PRMT1基因可致小鼠胚胎死亡，由此可推斷PRMT1對胚胎早期著床后的發(fā)育十分重要。有實驗表明，PRMT1還可能參與到神經(jīng)分化中［7］。PRMT1至少有6個可變的轉(zhuǎn)錄本產(chǎn)生不同的蛋白，這些蛋白可能具有不同的底物特異性［8］。

所有真核生物中都具有PRMT1基因，無論在哺乳動物、斑馬魚或蛙中，它們的序列同源性均超過90%，甚至人和釀酒酵母的PRMT1也有50%的同源性。在擬南芥中也存在一個蛋白PRMT1＇，它和人源的PRMT1具有80%的同源性，這兩個蛋白除N端外均具有同樣的序列結(jié)構(gòu)，但有關(guān)PRMT1＇的功能尚未見報道。PRMT1最熟知的底物是與RNA編輯(即在mRNA水平上改變遺傳信息的過程)或RNA轉(zhuǎn)運相關(guān)的RNA結(jié)合蛋白，如hnRNPs、fibrillarin、nuleolin及polyA結(jié)合蛋白Ⅱ等。最近，越來越多的蛋白作為PRMT1的底物被發(fā)現(xiàn)，其中包括高分子量纖維原細胞生長因子2、可被胞外信號激活的轉(zhuǎn)錄因子STAT1、轉(zhuǎn)錄延伸的調(diào)節(jié)因子SPT5，以及組蛋白 H4、H2B。PRMT4、精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶(CARM1)均與轉(zhuǎn)錄相關(guān)，協(xié)同促進轉(zhuǎn)錄。CARM1和p160、乙?；D(zhuǎn)移酶p300/CBP共同作用，可提高基因的轉(zhuǎn)錄活性［9］。

3 PRMT核心

釀酒酵母中的PRMT蛋白長度變化很大，但其有一個保守的約含310個氨基酸的核心區(qū)。此核心區(qū)外的序列都是N末端的附加區(qū)域;此外，CARM1還有一個C末端的附加區(qū)。在釀酒酵母中，N端的附加區(qū)域從PRMT1的20個氨基酸到PRMT3的200多個氨基酸，通過這些多變的N末端可將PRMT家族歸類。研究發(fā)現(xiàn)，PRMT7和PRMT8包含兩個保守的核心區(qū)域，且分別有一個推測的AdoMet結(jié)合位點。最近，有3個PRMT的晶體結(jié)構(gòu)被解析，即鼠的 PRMT1(41-353aa)［10］及 PRMT3 催化中心(208-528aa)［11］，以及酵母的 RMT1/Hmt1(30-348aa)［12］，這些結(jié)構(gòu)都具有一個嚴格保守的PRMT催化核心。單體PRMT核心結(jié)構(gòu)分為3部分，即甲基轉(zhuǎn)移酶結(jié)構(gòu)域、β桶和雙體手臂結(jié)構(gòu)。甲基轉(zhuǎn)移酶結(jié)構(gòu)域包含1個AdoMet結(jié)合位點，它屬于Ⅰ型甲基轉(zhuǎn)移酶的保守折疊類型;而 β桶結(jié)構(gòu)域是 PRMT家族特有的。

4PRMT二體

在PRMT1、PRMT3核心區(qū)及酵母RMT1/Hmt1的晶體結(jié)構(gòu)中都發(fā)現(xiàn)了1個疏水的二體接合面，它們的晶體生長條件和晶型各異，表明PRMT的二體形式是其家族的一個保守特征［10～12］。如將酵母RMT1/Hmt1的二體手臂突變成丙氨酸，PRMT1將失去二體的形式和甲基化的活性。缺少二體手臂的PRMT1在分子篩上也以單體形式被洗脫，且完全失去活性，這種酶活力喪失可能是因為無法結(jié)合AdoMet。在晶體結(jié)構(gòu)中，二體的相互作用面由兩個手臂和AdoMet結(jié)合位點的外表面形成?？梢韵胂螅w狀態(tài)的PRMT與AdoMet結(jié)合PRMT二體的另一個潛在功能可能是產(chǎn)生最終甲基化產(chǎn)物——非對稱二甲基化精氨酸。從細胞內(nèi)分離PRMT的底物發(fā)現(xiàn)，它們都完全或幾乎完全被雙甲基化。

5 PRMT多底物結(jié)合凹槽

多數(shù)PRMT1底物包含甘氨酸和精氨酸富集的序列，所以精氨酸以精氨酸—甘氨酸—甘氨酸(RGG)的形式存在。用含有3個RGG重復(fù)序列的小肽(R3:GGRGGFGGRGGFGGRGGFG)和 PRMT1共結(jié)晶，通過三維結(jié)構(gòu)鑒定了3個小肽結(jié)合凹槽，且可能代表R3小肽的混合結(jié)合模式。R3小肽的3、9和15號位置的精氨酸可能是潛在的甲基化位點。其余與P3位置平行的酸性凹槽也被鑒定，這些凹槽可能構(gòu)成具有更多RGG重復(fù)的底物結(jié)合位點。

6 精氨酸的非對稱和對稱雙甲基化

作為底物的精氨酸位于甲基轉(zhuǎn)移酶結(jié)構(gòu)域和β桶結(jié)構(gòu)域中間的酸性氨基酸構(gòu)成的活性位點深處。PRMT中組成這個活性位點的殘基是保守的，一個“雙E”發(fā)卡loop包含了幾乎所有這些氨基酸。兩個不變的谷氨酸(PRMT1中的 E144、E153和PRMT3中的E326、E335)用于壓制底物中胍基的正電荷:相互作用于PRMT1的E153分配了胍基上的正電荷，產(chǎn)生一個未成對電子對，該電子對攻擊帶負電的AdoMet的甲磺基基團［12］。相應(yīng)的 CARM1/PRMT4突變體實驗證明，CARM1的甲基轉(zhuǎn)移酶活性是核受體共促進作用所需要的。

鼠的PRMT1、PRMT3和酵母的RMT1都是第1類精氨酸甲基化酶，除PRMT5(酵母中的Hsl 7)外，所有PRMTs都包含一個甲硫氨酸活性位點?！半pE”發(fā)卡loop的最后一個殘基(PRMT1中的155位氨基酸，PRMT3中的337位氨基酸，酵母RMT1中的143位氨基酸)很可能阻礙單甲基化精氨酸，形成對稱性雙甲基化精氨酸。對應(yīng)于PRMT1中的M155、PRMT5和Hsl 7相應(yīng)的氨基酸(PRMT5:446位;Hs17:474位)都是絲氨酸，這個殘基的側(cè)鏈具有更小的體積，可能允許屬于第2類精氨酸甲基化酶的PRMT5和Hsl 7催化產(chǎn)生對稱性的甲基化精氨酸。

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