蛋白质赖氨酸甲基化修饰作为表观遗传学的一个重要研究方向，受到了越来越多的关注。其中作用在非组蛋白底物中的赖氨酸甲基化修饰通过调控蛋白质稳定性、亚细胞定位以及相关作用蛋白等方式，广泛参与到基因转录、DNA 复制和损伤修复、肿瘤细胞增殖迁移等多种生命活动过程中。而且，赖氨酸的甲基化修饰往往还会跟其他的蛋白质翻译后修饰发生“交叉对话”（crosstalk），进而形成调控网络，动态调控蛋白质的功能。因此，研究重要蛋白质的甲基化修饰的功能机制对于阐释细胞生命活动具有重要意义。
　　Plk1 蛋白是调控细胞周期进程的重要激酶，它能够通过磷酸化修饰蛋白底物促进中心体成熟、动粒形成、染色质浓缩、纺锤体形成等一系列细胞分裂过程。Plk1 在多种肿瘤细胞中呈现较高的表达水平和激酶活性，参与调控细胞增殖和凋亡；降低 Plk1 的表达水平会造成肿瘤细胞对抗癌药物和放射治疗更加敏感。另一方面，抑制 Plk1 激酶活性会导致肿瘤细胞分裂受阻，细胞增殖减慢并促进细胞凋亡发生。表明 Plk1 可以作为癌症治疗的靶标，而抑制其激酶活性是癌症治疗的关键点。目前针对 Plk1 的小分子抑制剂的研究已经取得了长足发展，但是，现有的抑制剂因为特异性和安全性的原因仍然处在临床试验阶段，因此新的靶向Plk1的抑制剂急需被开发；同时，对于Plk1在肿瘤细胞中功能的研究也需要进一步深入。
　　Plk1在细胞周期中具有不同时空定位，可以对许多蛋白质进行磷酸化修饰， Plk1的激酶活性的调控是其发挥功能的关键。对于Plk1激酶活性的研究表明它可以受到多种方式的调控。已知研究表明，Plk1激酶活性的调控主要由Aurora A在Bora的帮助下对其 T210位进行磷酸化修饰，从而充分激活Plk1。另外泛素化修饰和SUMO化修饰也可以改变Plk1与其他蛋白的结合从而调控其功能。我们的课题旨在探究赖氨酸甲基化修饰在调控Plk1功能中的作用。
　　我们实验室前期的工作对Plk1上赖氨酸甲基化修饰进行研究，发现了K209位可以发生一甲基化修饰。由于 K209 与 T210 紧邻，所以我们推测 K209me1 （K209 一甲基化修饰）可能具有重要的功能。通过对甲基转移酶筛选，找到甲基转移酶 G9a 是负责该位点修饰的酶。体外甲基化实验和细胞实验均证明 Plk1中K209的甲基化修饰受到T210位磷酸化的抑制。然而，持续的甲基化修饰同样会造成Plk1功能的紊乱。实时荧光检测实验显示，将Plk1中K209突变为甲硫氨酸（K209M）用来模拟甲基化修饰的knock-in细胞中，从有丝分裂中期到后期所需的时间明显延长，染色体在赤道板滞留，姐妹染色单体分离受阻。进一步 我们发现Plk1-K209M突变后，可能导致Plk1 活性下降，使得染色体间黏连蛋白复合物解离受阻，M期细胞进程延缓。这说明Plk1中K209me1的及时去除对于其在细胞周期进程调控中的功能极其重要。但是对于G9a介导的K209甲基化修饰发生的调控、K209me1对Plk1激酶活性的影响以及该修饰在细胞生命活动中的具体功能等方面的研究仍不是很清楚。
　　因此，首先我们利用体外纯化蛋白，依次进行甲基化反应、激酶实验证明了G9a介导的Plk1中K209的一甲基化修饰可以抑制Aurora A介导的T210位磷酸化修饰；K209位的修饰可以抑制Plk1的激酶活性。其次，我们通过细胞实验证明了K209me1主要发生在细胞周期的S期，并在复制压力下维持基因组稳定性，在将 K209 突变为丙氨酸后在一定程度上滞后了 S 期的细胞周期进程。另一方面，我们发现 K209me1 受到 DNA 损伤修复信号通路的调控，损伤信号使K209me1增加，而pT210降低，暗示K209me1参与到DNA损伤修复中。在Plk1-K209A 的 knock-in 细胞中，细胞对于损伤的修复受到抑制。激光微辐射实验证明了 Plk1 可以被招募到损伤位点发挥功能。但是 Plk1 到损伤位点的招募不受K209甲基化修饰状态的影响，而且，该修饰也不能明显改变PARP1、NBS1以及RPA2等修复蛋白的招募。进一步研究发现，Plk1-K209A突变细胞在DNA损伤刺激后，RPA2和RAD51长时间在损伤位点聚集，提示Plk1的甲基化修饰对于这些修复蛋白的解离可能是必需的。
　　综上所述，我们对G9a介导的Plk1中K209位甲基化修饰进行了较为深入的研究，揭示了K209me1与pT210修饰相互拮抗，调控Plk1的激酶活性；同时也揭示了Plk1的甲基化修饰的调控机制以及它在S期细胞进程和DNA损伤修复中的重要功能。较好地阐释了甲基化与磷酸化修饰之间“交叉对话”，共同调控蛋白质的功能。我们的研究还为 Plk1 激酶作为药物靶标在肿瘤治疗中提供了新的思路。