發(fā)布日期：2018-08-10
Rtt109-Asf1-H3-H4四元復(fù)合物和?；w乙酰輔酶A復(fù)合體的晶體結(jié)構(gòu)。H3的N端α-螺旋被打開(kāi)，形成一段柔性的loop區(qū)；Asf1并不與Rtt109直接相互作用，而是通過(guò)其C端的一個(gè)β-strand與組蛋白H4的C端之間形成β-折疊片，穩(wěn)定了H4末端的一個(gè)關(guān)鍵片段，使得底物處于更利于催化的構(gòu)象進(jìn)而促進(jìn)Rtt109的活性。
8月9日，中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所許瑞明課題組與美國(guó)哥倫比亞大學(xué)張志國(guó)課題組合作完成的研究論文，以Multisite substrate recognition in Asf1-dependent acetylation of histone H3K56 by Rtt109為題，發(fā)表在Cell上。該工作通過(guò)解析真菌特有的組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶Rtt109與活性調(diào)節(jié)因子Asf1以及底物H3-H4復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)，結(jié)合生化和遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)，首次揭示組蛋白伴侶調(diào)節(jié)組蛋白修飾酶活性的分子機(jī)理。這是染色質(zhì)領(lǐng)域第一個(gè)組蛋白修飾酶與完整底物復(fù)合體的結(jié)構(gòu)。
核小體是真核生物染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單元，由約146bp的DNA纏繞在核心組蛋白八聚體而形成的。染色質(zhì)局部結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化影響許多重要的生命活動(dòng)過(guò)程，如DNA復(fù)制、RNA轉(zhuǎn)錄、DNA損傷修復(fù)、重組等。組蛋白翻譯后修飾是影響染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的重要因素，這些修飾主要發(fā)生在組蛋白末端的尾巴上，包括甲基化、乙酰化、磷酸化和泛素化等修飾。
2007年，張志國(guó)和許瑞明課題組合作報(bào)道組蛋白H3K56位乙?；F(xiàn)象，并鑒定出真菌特有的乙酰轉(zhuǎn)移酶Rtt109是催化該修飾的酶。這與之前發(fā)現(xiàn)的所有位于組蛋白N-端無(wú)規(guī)則尾巴的位點(diǎn)都不同，H3K56位于H3的N端α-螺旋結(jié)構(gòu)域內(nèi)，靠近核小體DNA的進(jìn)出口。缺少H3K56乙?；揎椀募?xì)胞易發(fā)生DNA損傷及染色質(zhì)重排，這與該修飾在DNA復(fù)制叉的穩(wěn)定及核小體成熟中發(fā)揮的作用相關(guān)。張志國(guó)和許瑞明課題組進(jìn)一步研究?jī)煞N組蛋白伴侶Asf1和Vps75對(duì)Rtt109酶活性的調(diào)節(jié)作用，體外實(shí)驗(yàn)表明兩種組蛋白伴侶均可與Rtt109形成復(fù)合體，但Vps75主要促進(jìn)了Rtt109在H3K9和H3K27位點(diǎn)的催化活性，而Asf1是促進(jìn)H3K56位乙?；闹匾{(diào)節(jié)因子。
Rtt109和Asf1體外復(fù)合體的組裝存在一定困難，如何排除Vps75的干擾需要很多嘗試。許瑞明和張志國(guó)課題組經(jīng)過(guò)十余年努力，巧妙地通過(guò)采用缺少Vps75結(jié)合部位的煙曲霉的Rtt109，與酵母Asf1和底物組蛋白H3-H4組裝了很好的復(fù)合體，并解析該四元復(fù)合物與乙?；wCoA復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)。從結(jié)構(gòu)中可以看到，H3K56所在的N端α-螺旋被打開(kāi)，形成一段柔性的loop區(qū)，該loop區(qū)結(jié)合在Rtt109的活性口袋周?chē)瑥亩笻3K56的側(cè)鏈伸入活性口袋。盡管組蛋白伴侶Asf1對(duì)于H3K56修飾必不可少，但Asf1與Rtt109之間并沒(méi)有直接的相互作用。Asf1通過(guò)其C端的一個(gè)β-strand與組蛋白H4的C端之間形成β-折疊片，穩(wěn)定了H4末端的一個(gè)關(guān)鍵片段，使底物處于更利于催化的構(gòu)象進(jìn)而促進(jìn)Rtt109的活性。這個(gè)結(jié)構(gòu)特性被進(jìn)一步的生化和遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)確證是Rtt109發(fā)揮功能的必要條件；另外，Rtt109與組蛋白H3的核心螺旋結(jié)構(gòu)的相互作用也是其活性所必需的。這項(xiàng)工作首次揭示了組蛋白修飾酶的多亞基、多底物識(shí)別位點(diǎn)的復(fù)雜調(diào)控機(jī)制，為理解該類(lèi)乙?；傅牡孜镒R(shí)別和活性調(diào)控機(jī)制提供了重要基礎(chǔ)，也為以Rtt109為靶點(diǎn)的抗真菌藥物研究提供了線(xiàn)索和依據(jù)。
研究工作由許瑞明課題組與張志國(guó)課題組合作完成。許瑞明和張志國(guó)為論文的共同通訊作者，許瑞明課題組博士生張林和張志國(guó)課題組Serra-Cardona Albert為論文的共同第一作者。研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金創(chuàng)新群體、重大國(guó)際合作項(xiàng)目，國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973計(jì)劃）、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)（B類(lèi)）和北京市自然科學(xué)基金的資助。
來(lái)源：生物物理研究所
