BACKGROUND Histone lysine methylation has a pivotal role in regulating the chromatin. Histone modifiers, including histone methyl transferases (HMTases), have clear roles in human carcinogenesis but the extent of their functions and regulation are not well understood. The NSD family of HMTases comprised of three members (NSD1, NSD2/MMSET/WHSC1, and NSD3/WHSC1L) are oncogenes aberrantly expressed in several cancers, suggesting their potential to serve as novel therapeutic targets. However, the substrate specificity of the NSDs and the molecular mechanism of histones H3 and H4 recognition and methylation have not yet been established. RESULTS Herein, we investigated the in vitro mechanisms of histones H3 and H4 recognition and modifications by the catalytic domain of NSD family members. In this study, we quantified in vitro mono-, di- and tri- methylations on H3K4, H3K9, H3K27, H3K36, H3K79, and H4K20 by the carboxyl terminal domain (CTD) of NSD1, NSD2 and NSD3, using histone as substrate. Next, we used a molecular modelling approach and docked 6-mer peptides H3K4 a.a. 1-7; H3K9 a.a. 5-11; H3K27 a.a. 23-29; H3K36 a.a. 32-38; H3K79 a.a. 75-81; H4K20 a.a. 16-22 with the catalytic domain of the NSDs to provide insight into lysine-marks recognition and methylation on histones H3 and H4. CONCLUSIONS Our data highlight the versatility of NSD1, NSD2, and NSD3 for recognizing and methylating several histone lysine marks on histones H3 and H4. Our work provides a basis to design selective and specific NSDs inhibitors. We discuss the relevance of our findings for the development of NSD inhibitors amenable for novel chemotherapies.

中文翻译：

---

NSD1，NSD2 / MMSET / WHSC1和NSD3 / WHSC1L的体外组蛋白赖氨酸甲基化。

背景组蛋白赖氨酸甲基化在调节染色质中起关键作用。组蛋白修饰剂，包括组蛋白甲基转移酶（HMTase），在人类致癌作用中具有明确的作用，但其功能和调节程度尚不十分清楚。由三个成员（NSD1，NSD2 / MMSET / WHSC1和NSD3 / WHSC1L）组成的HMTase的NSD家族是在几种癌症中异常表达的癌基因，提示它们有可能成为新型治疗靶标。然而，尚未确定NSD的底物特异性以及组蛋白H3和H4识别和甲基化的分子机制。结果在本文中，我们研究了NSD家族成员催化结构域对组蛋白H3和H4的识别和修饰的体外机制。在这项研究中，我们对体外单 使用组蛋白作为底物，通过NSD1，NSD2和NSD3的羧基末端结构域（CTD）在H3K4，H3K9，H3K27，H3K36，H3K79和H4K20上进行二甲基和三甲基化。接下来，我们使用分子建模方法，将6-mer肽H3K4 aa 1-7停靠在一起；H3K9 aa 5-11；H3K27 aa 23-29；H3K36 aa 32-38；H3K79 aa 75-81；H4K20 aa 16-22具有NSD的催化结构域，可提供对组蛋白H3和H4上赖氨酸标记识别和甲基化的深入了解。结论我们的数据突出了NSD1，NSD2和NSD3在识别和甲基化组蛋白H3和H4上的几个组蛋白赖氨酸标记上的多功能性。我们的工作为设计选择性和特异性NSD抑制剂提供了基础。我们讨论了我们的发现与开发适合新型化学疗法的NSD抑制剂的相关性。NSD1，NSD2和NSD3的羧基末端结构域（CTD）形成H4K20，并使用组蛋白作为底物。接下来，我们使用分子建模方法，将6-mer肽H3K4 aa 1-7停靠在一起；H3K9 aa 5-11；H3K27 aa 23-29；H3K36 aa 32-38；H3K79 aa 75-81；H4K20 aa 16-22具有NSD的催化结构域，可提供对组蛋白H3和H4上赖氨酸标记识别和甲基化的深入了解。结论我们的数据突出了NSD1，NSD2和NSD3在识别和甲基化组蛋白H3和H4上的几个组蛋白赖氨酸标记上的多功能性。我们的工作为设计选择性和特异性NSD抑制剂提供了基础。我们讨论了我们的发现与开发适合新型化学疗法的NSD抑制剂的相关性。NSD1，NSD2和NSD3的羧基末端结构域（CTD）形成H4K20，并使用组蛋白作为底物。接下来，我们使用分子建模方法，将6-mer肽H3K4 aa 1-7停靠在一起；H3K9 aa 5-11；H3K27 aa 23-29；H3K36 aa 32-38；H3K79 aa 75-81；H4K20 aa 16-22具有NSD的催化结构域，可提供对组蛋白H3和H4上赖氨酸标记识别和甲基化的深入了解。结论我们的数据突出了NSD1，NSD2和NSD3在识别和甲基化组蛋白H3和H4上的几个组蛋白赖氨酸标记上的多功能性。我们的工作为设计选择性和特异性NSD抑制剂提供了基础。我们讨论了我们的发现与开发适合新型化学疗法的NSD抑制剂的相关性。我们使用分子建模方法，将6聚体肽H3K4 aa 1-7停靠在一起；H3K9 aa 5-11；H3K27 aa 23-29；H3K36 aa 32-38；H3K79 aa 75-81；H4K20 aa 16-22具有NSD的催化结构域，可提供对组蛋白H3和H4上赖氨酸标记识别和甲基化的深入了解。结论我们的数据突出了NSD1，NSD2和NSD3在识别和甲基化组蛋白H3和H4上的几个组蛋白赖氨酸标记上的多功能性。我们的工作为设计选择性和特异性NSD抑制剂提供了基础。我们讨论了我们的发现与开发适合新型化学疗法的NSD抑制剂的相关性。我们使用分子建模方法，将6聚体肽H3K4 aa 1-7停靠在一起；H3K9 aa 5-11；H3K27 aa 23-29；H3K36 aa 32-38；H3K79 aa 75-81；H4K20 aa 16-22具有NSD的催化结构域，可提供对组蛋白H3和H4上赖氨酸标记识别和甲基化的深入了解。结论我们的数据突出了NSD1，NSD2和NSD3在识别和甲基化组蛋白H3和H4上的几个组蛋白赖氨酸标记上的多功能性。我们的工作为设计选择性和特异性NSD抑制剂提供了基础。我们讨论了我们的发现与开发适合新型化学疗法的NSD抑制剂的相关性。16-22具有NSD的催化结构域，可深入了解组蛋白H3和H4上的赖氨酸标记识别和甲基化。结论我们的数据突出了NSD1，NSD2和NSD3在识别和甲基化组蛋白H3和H4上的几个组蛋白赖氨酸标记上的多功能性。我们的工作为设计选择性和特异性NSD抑制剂提供了基础。我们讨论了我们的发现与开发适合新型化学疗法的NSD抑制剂的相关性。具有NSD催化结构域的16-22，可深入了解组蛋白H3和H4上的赖氨酸标记识别和甲基化。结论我们的数据突出了NSD1，NSD2和NSD3在识别和甲基化组蛋白H3和H4上的几个组蛋白赖氨酸标记上的多功能性。我们的工作为设计选择性和特异性NSD抑制剂提供了基础。我们讨论了我们的发现与开发适合新型化学疗法的NSD抑制剂的相关性。