Chemical Basis of Arginine Citrullination and Methylation in Epigenetics

Histon-haler, der rækker sig fra nukleosomer, er udsat for vidtgående post-translationellemodifikationer via writer, reader og eraser proteiner, og er esentielle i epigenetisk reguleringaf genudtrykket. PTM-fejlfunktionering og atypisk genudtryk for de respektive writer,reader og eraser proteiner er blevet forbundet med forskellige sygdomme såsom kræft ogreumatoid artritis. Mens histon lysin-methylering og acetylering er blevet undersøgt i vidudstrækning, er PTM’er af arginin dårligt forstået. Arbejdet, der er beskrevet i denneafhandling, er rettet mod en bedre forståelse af arginin-citrullinering og methylering med etsærligt fokus på nye histon-peptidsubstrater og bindere af de involverede proteiner.

Kapitel 2 af denne afhandling undersøger bindingsomfanget af PAD2-afhængig citrullinering af histon 4-peptider. Samtidig med MALDI-TOF MS anvendes NMRspektroskopi for første gang til at monitorere den enzymatiske omdannelse af arginin til citrullin via PAD2. Heri blev H4DR3, H4hR3 og H4Cav3 identificeret som nye PAD2- substrater, mens H4RC3 og H4RNMe3 blev identificeret som potente PAD2-hæmmere med henholdsvis IC50 = 10.7 μM og IC50 = 5.6 μM.

Kapitel 3 belyser den biomolekylære genkendelse af dimethylarginin af tandem Tudordomæneprotein Spindlin1. Gennem nye modifikationer på resin blev adskillige dimethylarginin analoger inkorporeret i histon 3-peptider, efterfulgt af sammenlignende ITC-undersøgelse og molekylær dynamik simuleringer. Alle dimethylarginin analoger blev fundet at binde til Spindlin1 med nanomolær affinitet, og højenergi vandmolekyler blev fundet at bidrage til protein-ligand association. Resultaterne indikerer, at K4me3 sammenlignet med R8me2a bidrager størst til binding af histon 3 til Spindlin1.

Arbejdet beskrevet i kapitel 4 er rettet mod en bedre forståelse af histon arginindemethylering via lysindemethylase KDM4E. Gennem modifikationer af histon 3-peptider på resin og efterfølgende MALDI-TOF massespektrometri blev seks nye substrater identificeret, hvoriblandt H3R2etme, H3hR2me2a, H3n2me2a og H3hR8me2a blev demethyleret og H3R2pyr og H3R2pip blev hydroxyleret af KDM4E2pip.