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基因表达在时空上的精确调控对于高等真核生物发育至关重要，特别是homeobox(Hox)基因等发育调控基因表达状态的维持对于个体发育十分关键。随着发育的进行，最初调控Hox基因的体节基因等编码的蛋白只存在一段很短的时间，但是Hox表达型却被Trithorax Group(TrxG)和Polycomb Group(PcG)家族蛋白维持下去。这一过程中，需要PcG和TrxG对特定的DNA序列的准确定位。但在Polycomb Repressive Complex1(PRC1)等PcG蛋白复合物中，却没有发现可以识别特异性序列DNA的亚基。 果蝇的Zeste蛋白是一个DNA结合蛋白，对于染色体定位调控的基因表达很重要。Zeste蛋白可以与TrxG蛋白复合物BAP和PcG蛋白复合物PRC1相互作用，由此，Zeste可能是一个潜在的TrxG和PcG蛋白招募因子，帮助这些蛋白质准确定位在DNA序列上。另外，Zeste的功能在transvection现象中研究最为深入。Transvection是一个涉及配对染色体的等位基因间相互调控的机制，依赖于体细胞中的同源染色体配对，在双翅目昆虫中有大量研究。Zeste参与了w，Ubx，dpp等诸多基因的transvection过程。Zeste上述功能都依赖于它的DNA结合能力，而这种结合的结构信息和具体作用机制仍然未知。 本课题的第一部分描述了Zeste的DNA结合结构域(DNA binding domain，DBD)的表达、纯化过程，并详细叙述了解析ZesteDBD与包含了它的保守识别序列的19 bp的双链DNA复合物晶体结构的过程。复合物结构显示，Zeste的DNA结合结构域是一个类似Myb/homeodomain的helix-turn-helix结构域，但是具有特异性的结构特征:首先，主要的序列特异性识别发生在Zeste的DNA结合螺旋与DNA大沟碱基直接的相互作用处，特别是蛋白质氨基酸侧链与DNA碱基的氢键相互作用对特异性识别序列起决定作用，而疏水相互作用影响不大;其次，Zeste的α1和α2之间有一段特异的插入序列，形成了一个短的α1螺旋和一个长的loop，影响了DNA与蛋白质表面的结合角度;再次，DNA小沟与Zeste氨基酸残基侧链的相互作用决定了DNA有效的最短结合长度;另外，Zeste虽然在结构上类似之前发现的Myb/homeodomain，然而起到特异性识别作用和结构稳定作用的氨基酸残基基本都不保守。综上所述，本研究通过结构生物学和生化实验手段揭示了一种类似homeodomain但有着独特特征的蛋白质结合DNA的特殊方式。这一结构信息将会对理解Zeste在基因表达调控中识别特异性DNA序列的机制，以及参与transvection的机制和帮助TrxG及PcG蛋白复合物招募的机制有进一步的认识。 PRC2复合物是PcG家族复合物除了PRC1之外的另一个大复合物，包括了EZH2、EED、SUZ12、RbAp48构成的核心复合物以及其他相关蛋白质AEBP2、JARID2和PCL等。它的酶活性亚基EZH2及其同源蛋白质催化了组蛋白H3K27的甲基化，这是基因沉默的标记。EZH2单独并不具有酶活，至少还需要EED和SUZ12两个亚基才能发挥酶活。其他组分对于酶活不是必须的，但是对复合物的结构稳定、招募和活性调控具有重要意义。本论文第二部分集中记述了对哺乳动物、果蝇和酵母中PRC2蛋白组分的表达、纯化、性质检测和结晶尝试。PRC2与癌症等疾病相关，它组分和底物的突变体在癌细胞中被鉴定出来。结构解析一方面可以帮助理解PRC2的催化和招募机制，理解基因沉默的调控过程;另一方面，对于研发针对PRC2复合物的药物、癌症等疾病的治疗具有重要意义。