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蛋白质精氨酸 N-甲基转移酶 2 在 PRMT1 的组蛋白甲基化活性中发挥非催化作用。

Protein arginine N-methyltransferase 2 plays a noncatalytic role in the histone methylation activity of PRMT1.

机构信息

Faculty of Pharmaceutical Sciences, The University of British Columbia, Vancouver, British Columbia, Canada.

College of Pharmacy, University of Manitoba, Winnipeg, Manitoba, Canada.

出版信息

J Biol Chem. 2023 Dec;299(12):105360. doi: 10.1016/j.jbc.2023.105360. Epub 2023 Oct 19.

Abstract

Protein arginine N-methyltransferases are a family of epigenetic enzymes responsible for monomethylation or dimethylation of arginine residues on histones. Dysregulation of protein arginine N-methyltransferase activity can lead to aberrant gene expression and cancer. Recent studies have shown that PRMT2 expression and histone H3 methylation at arginine 8 are correlated with disease severity in glioblastoma multiforme, hepatocellular carcinoma, and renal cell carcinoma. In this study, we explore a noncatalytic mechanistic role for PRMT2 in histone methylation by investigating interactions between PRMT2, histone peptides and proteins, and other PRMTs using analytical and enzymatic approaches. We quantify interactions between PRMT2, peptide ligands, and PRMT1 in a cofactor- and domain-dependent manner using differential scanning fluorimetry. We found that PRMT2 modulates the substrate specificity of PRMT1. Using calf thymus histones as substrates, we saw that a 10-fold excess of PRMT2 promotes PRMT1 methylation of both histone H4 and histone H2A. We found equimolar or a 10-fold excess of PRMT2 to PRMT1 can improve the catalytic efficiency of PRMT1 towards individual histone substrates H2A, H3, and H4. We further evaluated the effects of PRMT2 towards PRMT1 on unmodified histone octamers and mononucleosomes and found marginal PRMT1 activity improvements in histone octamers but significantly greater methylation of mononucleosomes in the presence of 10-fold excess of PRMT2. This work reveals the ability of PRMT2 to serve a noncatalytic role through its SH3 domain in driving site-specific histone methylation marks.

摘要

精氨酸 N-甲基转移酶是一组表观遗传酶,负责组蛋白上精氨酸残基的单甲基化或二甲基化。蛋白质精氨酸 N-甲基转移酶活性的失调可导致异常基因表达和癌症。最近的研究表明,PRMT2 表达和组蛋白 H3 上精氨酸 8 的甲基化与多形性胶质母细胞瘤、肝细胞癌和肾细胞癌的疾病严重程度相关。在这项研究中,我们通过分析和酶学方法研究 PRMT2、组蛋白肽和蛋白质以及其他 PRMT2 之间的相互作用,探索了 PRMT2 在组蛋白甲基化中的非催化机制作用。我们使用差示扫描荧光法定量了 PRMT2、肽配体和 PRMT1 之间在辅因子和结构域依赖性方面的相互作用。我们发现 PRMT2 调节了 PRMT1 的底物特异性。使用小牛胸腺组蛋白作为底物,我们发现 PRMT2 的 10 倍过量促进了 PRMT1 对组蛋白 H4 和组蛋白 H2A 的甲基化。我们发现 PRMT2 与 PRMT1 的摩尔比为 1:1 或 10:1 可提高 PRMT1 对单个组蛋白底物 H2A、H3 和 H4 的催化效率。我们进一步评估了 PRMT2 对未修饰的组蛋白八聚体和单核小体中 PRMT1 的影响,发现 PRMT2 10 倍过量时,组蛋白八聚体中的 PRMT1 活性略有提高,但单核小体的甲基化显著增加。这项工作揭示了 PRMT2 通过其 SH3 结构域在驱动组蛋白特异性甲基化标记方面发挥非催化作用的能力。

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