共激活剂相关精氨酸甲基转移酶 1； CARM1

蛋白质精氨酸 N-甲基转移酶 4； PRMT4

HGNC 批准的基因符号：CARM1

细胞遗传学位置：19p13.2 基因组坐标（GRCh38）：19:10,871,553-10,923,075（来自 NCBI）

▼ 说明

蛋白质精氨酸 N-甲基转移酶，例如 CARM1，催化甲基从 S-腺苷-L-甲硫氨酸转移到蛋白质内精氨酸残基的侧链氮上，形成甲基化精氨酸衍生物和 S-腺苷-L-高半胱氨酸。蛋白质精氨酸甲基化与信号转导、新生前 RNA 代谢和转录激活有关（Frankel 等，2002）。

▼ 克隆与表达

p160 蛋白家族的成员，包括 SRC1（NCOA1; 602691）和 GRIP1（NCOA2; 601993），通过核激素受体介导转录激活。 AD2 激活结构域位于 p160 蛋白的 C 末端区域，在 p160 共激活子功能中发挥着重要作用。 Chen 等人使用酵母 2 杂交系统筛选小鼠 17 天胚胎 cDNA 文库（1999）分离出编码 608 个氨基酸蛋白质的 cDNA 克隆，该蛋白质与 GRIP1 C 端氨基酸结合。编码区的中心部分与具有精氨酸特异性蛋白质甲基转移酶活性的蛋白质家族具有广泛的同源性。这种蛋白质，即辅激活剂相关精氨酸甲基转移酶-1（CARM1），具有 3.8 kb 的 mRNA，在成年小鼠组织中广泛但不均匀表达。

大仓等人（2005）鉴定了 4 个选择性剪接的大鼠 Carm1 cDNA，即 Carm1-v1 至 Carm1-v4。推导的蛋白质有 573 至 608 个氨基酸。它们都含有精氨酸甲基转移酶结构域和 Grip1 结合结构域，但它们的 C 端结构域有所不同。 RT-PCR 检测了 4 个转录物的组织特异性表达。

通过数据库分析，弗兰克尔等人（2002）鉴定出人类 PRMT4，它编码 608 个氨基酸的蛋白质。 PRMT4 的催化核心区域与其他 PRMT 的催化核心区域有 29% 至 36% 的氨基酸同一性。

▼ 基因功能

由于 CARM1 与蛋白质精氨酸甲基转移酶同源，Chen 等人（1999）测试了它的甲基转移酶活性。蛋白质精氨酸甲基转移酶将甲基从 S-腺苷甲硫氨酸转移到特定蛋白质精氨酸残基中的胍基氮原子。这些酶的体外蛋白质底物包括组蛋白（参见 142711）和参与 RNA 代谢的蛋白质，例如 hnRNPA1（164017）、原纤维蛋白（134795）和核仁素（164035）。 CARM1 优先甲基化组蛋白 H3，无论是在大量组蛋白制剂中还是在单独纯化的形式中。 CARM1 共激活子功能对 AD2 具有特异性，并与其结合 GRIP1 的能力相关。 CARM1 增强了核激素受体的 GRIP1 共激活子功能。 CARM1 中蛋白质甲基转移酶和转录共激活子活性的存在表明组蛋白或其他蛋白质或两者的甲基化可能在转录调节中发挥作用。推定的 S-腺苷甲硫氨酸结合域发生突变的 CARM1 cDNA 显着降低了甲基转移酶和共激活剂的活性。除了 GRIP1 之外，CARM1 还能够与 p160 共激活因子家族的其他成员（包括 SRC1）相互作用。因此，转录机器中共激活剂介导的蛋白质甲基化可能有助于转录调节。

徐等人（2001）描述了基于核小体和转录辅助因子 CBP（CREBBP; 600140）/p300（EP300; 602700）的受控甲基化的分子开关。这些蛋白质共享一个位于精氨酸残基的甲基化位点，该位点对于稳定 KIX 结构域的结构至关重要，从而介导 CREB （CREB1; 123810）募集。 CARM1 对 KIX 的甲基化通过禁用 KIX 和 CREB 激酶诱导结构域之间的相互作用来阻止 CREB 激活。甲基化分析表明，CARM1 甲基化核心组蛋白中的 H3 乙酰化核小体，并且优先甲基化 p300。徐等人（2001）得出结论，CARM1 通过其甲基转移酶活性在 cAMP 信号通路中充当辅阻遏物，同时充当核激素的共激活剂。因此，CARM1 具有染色质和非染色质底物。在体外和体内分析的基础上，他们提出组蛋白甲基化在激素诱导的基因激活中发挥关键作用，并且辅因子甲基化是激素信号传导的调节机制。徐等人（2001）表明他们的发现支持甲基化“代码”； Jenuwein 和 Allis（2001）的假设。

An 等人使用重组染色质模板和共激活剂重建的系统（2004）证明了 PRMT1（602950）和 CARM1 参与 p53（191170）功能； p300、PRMT1 和 CARM1 的孤立和有序协作功能；以及涉及与 p53 直接相互作用和相应组蛋白底物的强制性修饰的机制。染色质免疫沉淀分析证实，在异位 p53 表达和/或紫外线照射后，这些（和其他）共激活剂和 p53 响应基因 GADD45（126335）上的同源组蛋白修饰有序积累。

HuR（ELAVL1; 603466）是一种 RNA 结合蛋白，可稳定携带富含 AU 不稳定元件（ARE）的 mRNA。李等人（2002）发现哺乳动物 Carm1 与 HuR 相关，并在体外和体内通过甲基化激活 HuR。过度表达 Carm1 的细胞中 HuR 甲基化增加，而小鼠巨噬细胞的脂多糖刺激导致内源性 HuR 甲基化增加，从而导致 TNF-α（TNF; 191160） mRNA 的稳定。

陈等人（2002）证明Carm1和Grip1协同刺激小鼠间充质干细胞中Mef2c（600662）的活性，并发现Mef2c、Grip1和Carm1之间存在直接相互作用。染色质免疫沉淀分析表明，Mef2 和 Carm1 在体内以分化依赖性方式募集至内源性肌肉肌酸激酶（CKM；123310）启动子。此外，Carm1 在小鼠胚胎发生期间的体节和肌肉细胞的细胞核中表达。用甲基化抑制剂或反义 Carm1 处理肌原细胞不会影响 Myod 的表达（参见 MYOD1；159970），但它会抑制分化并消除启动分化级联的关键转录因子肌细胞生成素（MYOG；159980）和 Mef2 的表达。

大仓等人（2005）表明，大鼠 Carm1-v3 与 SNRPC（603522）相关，并影响前 mRNA 剪接过程中的 5-prime 剪接位点选择。当腺病毒 E1A 小基因用作报告基因并增强 CD44（107269）报告基因中的外显子跳跃时，Carm1-v3（而非其他亚型）刺激前体 mRNA 远端 5-prime 剪接位点的转变。此活性需要 v3 特异性 C 末端和异构体中保守的区域，但精氨酸甲基转移酶活性则不需要。在 4 种大鼠 Carm1 亚型中，无论 Grip1 存在还是不存在，Carm1-v3 作为雌激素响应元件（ERE）报告基因活性的辅助因子均表现出最高的活性。当精氨酸甲基转移酶活性丧失时，Carm1-v1（而非 Carm1-v3）显示 ERE 的共激活剂活性降低。所有 Carm1 变体均表现出类似的组蛋白 H3 甲基化。

El Messaoudi 等人使用小鼠和人类细胞（2006）表明 CARM1 是细胞周期蛋白 E1（CCNE1; 123837）和 DHFR（126060） mRNA 表达的调节剂。

Cheng 等人通过筛选小鼠 B 细胞系中的甲基化蛋白，然后进行体外和体内甲基化测定（2007）确定 Smb（SNRPB; 182282）、Sap49（SF3B4; 605593）、U1c（SNRPC）和 Ca150（TCERG1; 605409）是 Carm1 靶向的剪接因子。人类 CARM1 改变了小鼠和人类细胞系中 CD44 报告小基因和内源性 CD44 剪接的外显子选择模式。

哺乳动物中 RNA 聚合酶 II（参见 180660）的羧基末端结构域经历广泛的翻译后修饰，这对于转录起始和延伸至关重要。西姆斯等人（2011）表明 RNA 聚合酶 II 的羧基末端结构域在单个精氨酸（R1810）处被 CARM1 甲基化。尽管R1810的甲基化存在于体内RNA聚合酶II的过度磷酸化形式上，但ser2或ser5磷酸化在体外抑制CARM1对该位点的活性，表明甲基化发生在转录起始之前。 R1810 突变导致多种小核 RNA 和小核仁 RNA 的错误表达，这种效应也在 Carm1 -/- 小鼠胚胎成纤维细胞中观察到。西姆斯等人（2011）得出的结论是，羧基末端结构域甲基化促进了选定 RNA 的表达，可能有助于区分招募到不同基因类型的 RNA 聚合酶 II 相关机制。

桑切斯等人（2013）发现 Carm1 mRNA 与从小鼠运动神经元衍生的 MN-1 细胞分离的多核糖体中的 Smn1（600354）共免疫沉淀。在 MN-1 细胞中，体外翻译的人 SMN1 抑制 Carm1 mRNA 的翻译，但对整体 mRNA 翻译没有影响。

申等人（2016）确定 CARM1 是哺乳动物自噬的重要组成部分。值得注意的是，在营养丰富的条件下，CARM1 的稳定性受到细胞核中含有 SKP2（601436）的 SCF（SKP1-滞蛋白1-F框蛋白）E3 泛素连接酶复合物的调节，但不在细胞质中。此外，Shin 等人（2016）表明营养饥饿会导致细胞核中 FOXO3A（602681）的 AMPK 依赖性磷酸化，进而转录抑制 SKP2。这种抑制导致 CARM1 蛋白水平增加，随后组蛋白 H3 arg17 二甲基化增加。全基因组分析表明，CARM1 通过转录因子 EB（TFEB；600744）对自噬相关基因和溶酶体基因发挥转录共激活功能。申等人（2016）得出的结论是，CARM1 依赖性组蛋白精氨酸甲基化是自噬中至关重要的核事件，并且他们确定了 AMPK-SKP2-CARM1 在营养饥饿后调节自噬诱导中的新信号轴。

▼ 基因结构

弗兰克尔等人（2002）确定CARM1基因包含16个外显子。

▼ 测绘

通过基因组序列分析，弗兰克尔等人（2002）将 CARM1 基因对应到 19 号染色体。 Wolf（2009）报告说，CARM1 基因对应到 19p13.2 号染色体。

▼ 动物模型

亚达夫等人（2003）表明，Carm1 基因被靶向破坏的小鼠胚胎体积较小，并且会在围产期死亡。 2 个 Carm1 底物 Pabp1（604679）和转录辅因子 p300（602303）的甲基化在敲除胚胎和细胞中被消除。此外，Carm1 -/- 成纤维细胞和胚胎中雌激素反应基因表达异常。