摘要：大约20多年前，Pollack及其同事研究了Janus激酶 2（JAK2）在细胞信号传导中的功能，他们的目标是找出能与 JAK2 相互作用的蛋白。在这项研究中，他们发现了PRMT5（当时被称为Jak结合蛋白1（JBP）），并证明它具有甲基转移酶活性 [1]。

蛋白表达和结构解析结果详见文末！

关于 PRMT5

01. 发现

大约20多年前，Pollack及其同事研究了Janus激酶 2（JAK2）在细胞信号传导中的功能，他们的目标是找出能与 JAK2 相互作用的蛋白。在这项研究中，他们发现了PRMT5（当时被称为Jak结合蛋白1（JBP）），并证明它具有甲基转移酶活性 [1]。

02. 功能简介

精氨酸甲基化是一种发生在组蛋白、RNA结合蛋白和许多其他细胞蛋白上最常见的翻译后修饰, 由主要发生在真核细胞核蛋白中的蛋白精氨酸甲基转移酶家族(protein arginine methyltransferases, PRMTs)催化, 通过改变蛋白质–蛋白质和蛋白质–核酸相互作用来影响组蛋白、RNA结合蛋白和许多其他细胞蛋白的功能, 在转录调控、RNA剪接、DNA损伤修复、细胞分化和细胞凋亡中起着至关重要的作用。

目前，已发现了11种PRMT家族的成员，根据催化精氨酸甲基化方式的不同，可分为三类：PRMT1-4、PRMT6、PRMT8属于Ⅰ型，催化的形式为单甲基和不对称双甲基；PEMT5和PRMT9属于Ⅱ型，其催化的形式为对称双甲基；PRMT7属于Ⅲ型，能够单甲基催化。

PRMT5是主要的Ⅱ型蛋白精氨酸甲基转移酶, 主要存在于哺乳动物细胞的细胞质与细胞核中, PRMT5可催化精氨酸残基生成SDMA。PRMT5通过对称二甲基化，翻译后修饰组蛋白和其他蛋白质；这种由PRMT5催化的蛋白质底物甲基化在调节关键细胞进程中起着重要作用，如DNA修复、细胞周期进展、转录调控和RNA剪接等。

图1 PRMT5蛋白合成二甲基精氨酸过程示意图[2]

PRMT5被认为是一种潜在的致癌基因。研究表明，PRMT5通过p53和NF-κB等关键转录因子（TF）的甲基化来调节基因表达，从而影响癌症进展中的许多重要细胞过程。近年来，PRMT5作为抗癌靶点受到了越来越多的关注。PRMT5在各种癌症中过度表达，包括胶质母细胞瘤、黑色素瘤、白血病/淋巴瘤、多发性骨髓瘤、前列腺癌、膀胱尿路上皮癌、卵巢癌、肺癌、胃癌、结直肠癌等，并与不良预后相关。

图2 PRMT5蛋白在转录和肿瘤发生中的作用[3]

03. 结构特征

人类PRMT5蛋白由637个氨基酸组成，通常与甲基化组蛋白 50（MEP50）结合成一个 435kDa的异八聚体复合物。MEP50 是一种含色氨酸-天冬氨酸（WD）重复蛋白，可稳定PRMT5蛋白复合物并增强其甲基转移酶活性。因此，PRMT5蛋白会寡聚化形成内核四聚体，周围的四个MEP50蛋白分子与PRMT5蛋白的N端结合，如图3A所示。

这种独特的 PRMT5:MEP50 复合物会进一步与多个伴侣蛋白相互作用，如RioK1，menin，pICLn等，从而实现多种底物特异性和生物功能。PRMT5是细胞中主要的sDMA形成酶，N端为 TIM桶状结构蛋白（TIM barrel），主要负责PRMT5和MEP50复合物的组装，TIM barrel与MEP50结合形成活性更高的复合体。；中间为1个Rosssman折叠，主要包括小分子结合结构域和催化结构域；C端是β-barrel结构域，在PRMT5蛋白自身的二聚化起到重要的作用，结构域示意图如图3B所示。

图3 PRMT5:MEP50异八聚体结构（A）和蛋白结构域示意图（B）[2]

PRMT5蛋白的催化结构域由底物结合位点和 SAM结合位点组成，这两个结合位点通过一条狭窄的疏水通道（由Leu312、Phe327和Trp579 形成）相连，使底物和SAM接近。活性部位有两个高度保守的谷氨酸残基（E435和E444）形成双E环。每个谷氨酸残基与底物精氨酸的胍基形成一对盐桥，从而允许甲基从SAM通过SN2过渡态转移到精氨酸残基上。在一项对线虫 PRMT5 的突变研究中，将底物口袋中的保守残基之一Phe379 变为蛋氨酸，可以实现H4R3同时进sDMA和aDMA。同样的，当人PRMT5 中相应位置的 Phe327 突变也相应导致aDMA活性增强。Phe327是PRMT5特有的残基，与 sDMA功能密切相关，这可能是设计PRMT5特异性抑制剂时要考虑的一个重要因素。

图4 PPRMT5:MEP50复合体结构(PDB：4GQB)(A)和放大的H4R3底物肽结合槽(B) [4]

PRMT5也是合成致死策略的新兴靶点，在癌症治疗中展现出潜力。尽管第一代抑制剂面临毒性挑战，新一代选择性药物的开发为其临床应用带来希望。未来需进一步探索其生物学机制、优化药物设计，并通过精准医疗策略扩大受益患者群体。

目前在研的药物情况统计如下：

图5 PRMT5蛋白靶点目前在研的药物情况统计

PRMT5 实验结果展示

蛋白纯化结果（周期：现货或者4周）

PRMT5:MEP50蛋白复合物纯化结果

结晶和结构解析（周期：1-2周）

PRMT5：MEP50复合物晶体

晶体衍射结果

PRMT5：MEP50复合物的三维结构

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来源：青云瑞晶