清華新聞網(wǎng)12月5日電 在真核生物中，組蛋白乙酰化酶通過(guò)將乙酰基團(tuán)從乙酰輔酶A轉(zhuǎn)移至組蛋白的賴氨酸殘基上，參與染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)調(diào)控。A型組蛋白乙酰化酶負(fù)責(zé)催化染色質(zhì)中核小體組蛋白的乙酰化修飾，增加DNA模板的可接近性，激活基因轉(zhuǎn)錄；B型組蛋白乙酰化酶則被認(rèn)為負(fù)責(zé)細(xì)胞質(zhì)中新生組蛋白上的乙酰化修飾。以往的研究表明，B型組蛋白乙酰化酶同樣存在于細(xì)胞核中，然而其在細(xì)胞核中的具體功能及作用機(jī)制尚不明確。
12月4日，清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)交叉研究院何新建課題組在《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）在線發(fā)表了題為“擬南芥組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶復(fù)合物協(xié)調(diào)細(xì)胞質(zhì)組蛋白乙酰化和核染色質(zhì)可及性”（Arabidopsis histone acetyltransferase complex coordinates cytoplasmic histone acetylation and nuclear chromatin accessibility）的研究論文，揭示了擬南芥B型組蛋白乙酰化酶通過(guò)形成NuB4復(fù)合體協(xié)同調(diào)控細(xì)胞質(zhì)組蛋白乙酰化和細(xì)胞核染色質(zhì)狀態(tài)的分子機(jī)制。
研究發(fā)現(xiàn)擬南芥B型組蛋白乙酰化酶HAG2、組蛋白伴侶MSI2、MSI3和NASP，以及組蛋白H3和H4相互作用，在細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中形成NuB4復(fù)合體。在該復(fù)合體中，HAG2與其輔助亞基MSI2/3形成乙酰化模塊，負(fù)責(zé)催化細(xì)胞質(zhì)組蛋白H4K5Ac和H4K12Ac修飾；乙酰化模塊通過(guò)組蛋白H3和H4與NASP結(jié)合。研究發(fā)現(xiàn)，組蛋白乙酰化模塊HAG2-MSI2/3突變會(huì)導(dǎo)致擬南芥提前開(kāi)花，組蛋白伴侶NASP突變無(wú)明顯表型，而兩者同時(shí)突變則會(huì)導(dǎo)致擬南芥植株的嚴(yán)重發(fā)育缺陷，表明HAG2-MSI2/3和NASP協(xié)同調(diào)節(jié)擬南芥的生長(zhǎng)發(fā)育（圖1）。
圖1.HAG2-MSI2/3和NASP協(xié)同調(diào)節(jié)擬南芥的生長(zhǎng)發(fā)育
在細(xì)胞質(zhì)中，HAG2-MSI2/3或NASP單獨(dú)突變不會(huì)引起組蛋白H3和H4蛋白水平的變化，但兩者同時(shí)突變則導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)組蛋白H3和H4的蛋白總體水平顯著降低，表明組蛋白乙酰化模塊HAG2-MSI2/3與組蛋白伴侶NASP協(xié)同維持細(xì)胞質(zhì)組蛋白H3和H4的蛋白水平。因此，擬南芥NuB4復(fù)合體組分通過(guò)結(jié)合組蛋白H3和H4，促進(jìn)它們?cè)诩?xì)胞質(zhì)中組裝和積累（圖2）。
在細(xì)胞核中，ATAC-seq分析表明，NuB4促進(jìn)轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)（TSS）附近區(qū)域的染色質(zhì)可及性，而抑制基因內(nèi)部和轉(zhuǎn)錄終止位點(diǎn)（TTS）附近區(qū)域的染色質(zhì)可及性，表明NuB4對(duì)于維持基因組中核小體的正確分布至關(guān)重要。ChIP-seq分析表明，NuB4促進(jìn)TSS附近區(qū)域的組蛋白H4K12Ac水平。通過(guò)對(duì)ATAC-seq、ChIP-seq和RNA-seq數(shù)據(jù)聯(lián)合分析，發(fā)現(xiàn)NuB4復(fù)合體能夠通過(guò)促進(jìn)TSS附近組蛋白乙酰化修飾增強(qiáng)染色質(zhì)可及性，進(jìn)而促進(jìn)基因表達(dá)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，NuB4調(diào)節(jié)大量細(xì)胞周期相關(guān)基因的染色質(zhì)可及性和轉(zhuǎn)錄，通過(guò)促進(jìn)細(xì)胞分裂過(guò)程維持植物的正常生長(zhǎng)和發(fā)育（圖2）。
圖2.擬南芥NuB4調(diào)節(jié)組蛋白乙酰化、染色質(zhì)可及性、基因轉(zhuǎn)錄和植物發(fā)育
該研究鑒定了擬南芥NuB4復(fù)合體的組成成分，揭示了組蛋白乙酰化模塊HAG2-MSI2/3和組蛋白伴侶NASP在細(xì)胞質(zhì)組蛋白乙酰化、細(xì)胞核染色質(zhì)可及性、基因轉(zhuǎn)錄及植株生長(zhǎng)發(fā)育方面的協(xié)同調(diào)節(jié)作用，揭示了植物NuB4復(fù)合體與其他真核生物的同類復(fù)合體相比具有植物特異性，揭示了不同真核生物中NuB4復(fù)合體的功能多樣性。
何新建課題組2021屆已畢業(yè)博士吳嬋娟（現(xiàn)為西南科技大學(xué)特聘教授）和2022級(jí)博士生徐鑫為該論文共同第一作者，何新建研究員為論文通訊作者。其他作者包括生物醫(yī)學(xué)交叉研究院研究員袁丹陽(yáng)、劉真真、譚連美、蘇銀娜、李琳和陳涉。研究得到科技部和國(guó)家自然科學(xué)基金委的資助。
論文鏈接：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adp1840
供稿：生物醫(yī)學(xué)交叉研究院
編輯：李華山
審核：郭玲
