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表观遗传学(Epigenetics)是当前生物学领域研究热点之一。与传统遗传学不同,表观遗传学是指不依赖于DNA序列改变而可继承的基因表达变化的一门学科。其主要涉及方向包括DNA的修饰、组蛋白修饰、染色质结构及非编码RNA等。其中,染色质结构尤其是异染色质结构对基因表达调控尤为重要。通常认为,相对于常染色质中基因的活跃表达,异染色质中的基因常处于沉默状态。而作为异染色质结构标记性分子之一,异染色质蛋白1(Heterochromatin Protein 1,HP1)在参与异染色质凝聚和基因转录抑制中发挥着重要作用。HP1是一个在许多物种之间都十分保守的蛋白。研究发现,在果蝇中,HP1家族有HP1a、HP1b、HP1c、HP1d、HP1e等五个成员,其中对于HP1a的研究比较广泛。Hp1a主要定位于异染色质中,包括臂间异染色质中心、端粒、第四染色体等,可与甲基化的组蛋白H3第九位赖氨酸(H3K9me)结合。近年来,越来越多的证据表明,HP1a在常染色质中也存在分布,但其定位的机制与功能并不清晰。为了进一步深入研究HP1a在染色质中的定位分布,我们构建了果蝇HP1a不同磷酸化位点的突变体,分别对每个位点采用将丝氨酸或酪氨酸突变为丙氨酸来模拟非磷酸化状态,同时将丝氨酸或酪氨酸突变为谷氨酸来模拟磷酸化状态。实验共构建了包含HP1a蛋白N-末端第14位丝氨酸(S14)位点、CD结构域第23位酪氨酸(Y23)位点、hinge区第88,89,90,101,102,103位丝氨酸(S88,89,90&101,102,103)位点、第112位丝氨酸(S112)位点、第123位丝氨酸(S123)和第201位丝氨酸(S201)等六个位点共计12株突变体果蝇,并以过表达野生型HP1a作为对照组(WT)。实验结果显示HP1a在异染色质和常染色质中均有分布定位,只是在正常情况下HP1a在常染色质区信号较低难以检测;而野生对照组WT在过表达后信号较强,因此较易在常染色质中检测到HP1a。实验进一步发现,HP1a在异染色质区和常染色质区的定位采用不同的模式。S14、Y23、S88,89,90&101,102,103、S112、S123等所有位点模拟磷酸化状态和模拟非磷酸化状态突变体都可以结合在异染色质上。但是,S14、Y23、S88,89,90&101,102,103、S112、S123 及 S201在模拟非磷酸化状态时在常染色质上定位正常,但这些位点模拟磷酸化突变体通与常染色质结合不紧密,不能形成明显带型,具有不能结合或脱落的趋势。同时研究还发现,HP1a与染色质的结合依赖于CD结构域上Y23位点上R基侧链上的苯环。当酪氨酸突变为带有苯环的苯丙氨酸来模拟非磷酸化状态时,HP1a可以结合在整条染色质上,但当酪氨酸突变为无苯环的丙氨酸模拟非磷酸化状态时,HP1a无法与染色质结合,只能分布在染色质四周。此外,研究结果还表明,酪氨酸激酶Ⅱ(Casein Kinase Ⅱ,CK2)会影响H3K9me2的定位,一般的HP1a突变体磷酸化或非磷酸化对H3K9me定位不造成影响,仍只分布在异染色质染色中心区。但CK2激酶特异磷酸化位点:S14、S201包括Ca2+依赖CK2激酶位点S88,89,90&101,102,103模拟磷酸化后,H3K9me2的定位就会扩展到常染色质臂上。进一步研究结果发现,当模拟磷酸化后,除Y23E果蝇成活率基本保持不变外,其余突变体果蝇成活率都有不同程度下降,其中以S14E致死率最高。综上所述,我们的研究阐述了 HP1a磷酸化状态对其在染色质上定位分布的影响,发现HP1a的定位在常染色与异染色质中模式不同。在常染色质中磷酸化状态会影响HP1a的定位分布,在异染色质中HP1a定位分布则不依赖于磷酸化状态。实验结果将为后续的HP1在常染色质中以及表观遗传学基因调控等方面的功能研究提供重要的线索。