实验背景:BET家族普遍存在于人体重要蛋白质中,如组蛋白乙酰化酶类、ATP依赖的染色质重塑复合物因子、转录辅激活因子等,并且与人体多种疾病的发生密切相关。
目前,对BET家族中的BRD4蛋白研究尤为广泛,以BET bromodomain蛋白为靶标,进行肿瘤、炎症、心血管等疾病的研究,寻找选择性更好、生物活性更优、安全性更高的小分子抑制剂是当前研究的主要热点。
1、 Bromodomain的发现与分类Bromodomain是一类能够特异性识别组蛋白中乙酰化赖氨酸(KAc)的保守蛋白结构域,通过与乙酰化赖氨酸结合促使染色质重塑因子和转录因子等相关蛋白富集于特定的基因转录位点,改变RNA聚合酶Ⅱ的活性,达到调节基因转录表达的目的。
目前,人体内Bromodomain存在61种结构域存在于42种蛋白中,根据其母蛋白功能的不同,划分为8大家族,BET蛋白家族是Bromodomain蛋白家族的第II类,包括BRD2、BRD3、BRD4和BRDT]。
研究显示,BET蛋白与组蛋白的乙酰化赖氨酸结合,调节与细胞周期和细胞生长相关的基因转录。
例如,BRD2和BRDT与细胞周期蛋白激酶9(CDK9)和细胞周期蛋白T1(cyclinT1)相互作用共同组成转录延伸因子(P-TEF b)的核心部分];并且根据报道BRD2能够与转录共激活因子和转录共抑制因子相互协调调节多种细胞周期蛋白基因的表达,如cyclinA和cyclinD1[7-8]。
最新研究表明,BRD具有一定的激酶活性,能够直接导致RNA拓扑异构酶Ⅱ的C端磷酰化[9]。
2、 Bromodomain的结构BET蛋白与其他含Bromodomain结构域的蛋白家族的不同,在于其含有两个在序列上高度保守的分别处于N端和C端的Bromodomain结构域,如BRD4包含有BRD4(1)和BRD4(2)两个BRD结构域。
通过对Bromodomain结构的分析发现不同种类的BRD拥有高度保守的结构特征,包括4个反向平行的alpha;-螺旋(分别为alpha;Z,alpha;A 和alpha;B,alpha;C),以及连接螺旋的环状结构(Loop),alpha;Z和alpha;A螺旋间、alpha;B和alpha;C螺旋之间分别形成两个疏水性的袢环结构,分别称ZA Loop和BC Loop;ZA Loop、BC Loop和alpha;Z形成了WPF疏水性区域,alpha;Z和alpha;A螺旋形成了ZA channel疏水区域。
晶体结构发现,在螺旋束的一端有一疏水口袋,形成了乙酰化赖氨酸(KAc)的识别位点,KAc的乙酰羰基氧原子与识别位点的140位的天冬酰胺残基(Asn)直接形成氢键,同时通过水分子氢键网络与识别位点97位的酪氨酸(Tyr)形成氢键(图1)。
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