脆性X综合征(Fragile X Syndrome, FXS)是人类最常见的遗传性智力缺陷疾病。脆性X智力障碍蛋白(Fragile X Mental Retardation Protein, FMRP)的缺失是FXS的发病原因。FMRP通过选择性结合RNA参与RNA代谢的不同过程。对FMRP研究最多的是其在翻译调控中的作用。研究人员已提出了三种FMRP抑制翻译的模型,但也有报道称FMRP能够在翻译激活中发挥作用。FMRP在细胞内缺失后,某些mRNA的翻译、转运或稳定性失调,导致许多神经通路产生级联效应,最终导致FXS。在分子水平上,FMRP通过其中部的两个KH结构域和C端的Arg-Gly-Gly (RGG)盒子识别RNA,如鸟嘌呤四联体RNA。然而,就FMRP的结构和功能而言,在其N端结构域仍存在若干基本问题。首先,FMRP N端的135-217位氨基酸残基部分涉及其与多种蛋白或核酸的互作,但是结构仍未被解析。另外,FMRP N端结构域的寡聚性质与其在细胞内的功能相关,然而机理尚不清楚。最近有报道称,FMRP N端结构域通过结合染色质在DNA损伤响应过程中发挥关键作用,但FMRP是否以及如何识别某种组蛋白翻译后修饰均未被解答。本论文经过筛选不同氨基酸残基长度和结构域个数的截短体蛋白,采用原核表达和纯化获得人源FMRPN端蛋白,使用固定沉淀剂的分子印迹聚合物(piMIPs)作为成核剂得到FMRP1-209的高质量晶体,运用分子置换法解析其三维结构(简称为FMRP-NT)。晶体结构显示,FMRP-NT由三个结构域和两条结构域间的长loop构成,三个结构域呈近似线性的排列。本论文发现FMRP-NT的127-200残基部分是一个独立的结构域。生物信息学分析和结构比对揭示它是KH结构域的一种新亚型,本论文将其命名为KHO。因为在典型的KH结构域中高度保守的RNA识别基序"GXXG"和两个异亮氨酸在KHO中不存在,所以本论文推测它有与其他KH结构域不同的功能。本论文还发现,在FMRP-NT晶体结构的一个不对称单元中存在两个分子间二硫键Cys99-Cys99,每个二硫键介导两个FMRP-NT分子间形成一个小疏水界面。本论文首次解析了FMRP N末端结构域Tudorl和Tudor2的晶体结构,通过将其分别与已报道的两个结构域的NMR结构进行对比,证明piMIPs没有改变其结构,因此将piMIPs应用于FMRP-NT的晶体优化是有效的。分析FMRP-NT整体结构发现,Tudorl结构域的一些残基通过介导结构域和结构域间及结构域和loop间的相互作用在稳定结构中扮演重要角色。FMRP-NT野生型及其基于结构分析的突变体的凝胶过滤层析实验、分析超速离心实验和X射线小角散射实验的结果表明,FMRP-NT在溶液中存在不同形式的二聚体,Ile106是FMRP-NT在溶液中二聚化的关键位点。基于文献报道及FMRP-NT的结构信息,本论文进行FMRP识别组蛋白翻译后修饰的研究。微量热泳动实验和等温滴定量热实验证明FMRP N端结构域与含有三位点修饰的一段组蛋白H4多肽(E320)存在较强结合,本论文进一步通过截短E20进行实验发现E20多肽C端不带修饰的10个氨基酸残基对其与FMRP N端结构域的结合是必需的。本论文的结果表明,FMRP N端包含一个新亚型的KH结构域KHO; FMRP N端结构域在溶液中以多种二聚体形式存在并能够结合含有修饰的组蛋白多肽。这些发现为阐明FMRP在细胞中的功能提供了新的实验依据。