楊茂君教授研究組在《Genes & Development》上發(fā)文
闡明Hat1p/Hat2p復(fù)合物識(shí)別新合成的H3和H4異源二聚體的分子機(jī)制
清華新聞網(wǎng)5月16日電 5月16日，清華大學(xué)生命學(xué)院楊茂君教授研究組在 Genes & Development （基因與發(fā)育）發(fā)表名為 “Hat2p recognizes histone H3 tail to specify the acetylation of newly-synthesized H3/H4 heterodimer by Hat1p/Hat2p complex”（Hat2p識(shí)別組蛋白H3的尾部，增強(qiáng)Hat1p/Hat2p復(fù)合物乙酰化新合成H3/H4異源二聚體的特異性）的學(xué)術(shù)論文。
楊茂君教授為本文的通訊作者，生命學(xué)院博士研究生李洋、張麗、以及柴繼杰教授實(shí)驗(yàn)室的劉婷婷和柴成梁為共同第一作者。
Hat1p/Hat2p復(fù)合物識(shí)別新合成的H3和H4異源二聚體的分子模型。
A．Hat1p/Hat2p/H31-12/H47-46復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)
B．Hat1p/Hat2p/H4復(fù)合物識(shí)別未修飾的H3R2
C．利用等溫量熱法檢測(cè)Hat1p/Hat2p/H4復(fù)合物與H3K4甲基化修飾小肽的結(jié)合能力
D．利用等溫量熱法檢測(cè)Hat1p/Hat2p/H4復(fù)合物與H3K9甲基化修飾小肽的結(jié)合能力
E．Hat1p/Hat2p復(fù)合物識(shí)別新合成的H3/H4異源二聚體的模型
真核生物染色體的基本結(jié)構(gòu)單位是由DNA和組蛋白構(gòu)成的核小體。組蛋白翻譯后修飾，包括甲基化、乙酰化、泛素化、磷酸化等，影響染色體的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，通常被認(rèn)為構(gòu)成動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)錄調(diào)控成分的“組蛋白密碼”，在轉(zhuǎn)錄、復(fù)制、DNA修復(fù)等生命過(guò)程中發(fā)揮著重要調(diào)節(jié)作用。組蛋白乙酰基轉(zhuǎn)移酶(histone acetylase, HAT)是決定和維持組蛋白乙酰化水平及動(dòng)態(tài)平衡的一種關(guān)鍵激酶，新和成的組蛋白H4在進(jìn)行染色體組裝前會(huì)被乙酰化，組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶復(fù)合物Hat1p/Hat2p在這個(gè)過(guò)程中扮演著重要角色。但是Hat1p/Hat2p復(fù)合物是如何識(shí)別新合成的H3/H4異源二聚體并發(fā)揮其乙酰轉(zhuǎn)移酶活性的機(jī)制仍不清楚。此外，構(gòu)成Hat1p/Hat2p復(fù)合物的成員之一-Hat2p，作為組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶Hat1p的分子伴侶是如何促進(jìn)Hat1p活性的發(fā)揮也知之甚少。
楊茂君教授實(shí)驗(yàn)室通過(guò)X-射線晶體衍射的方法解析了復(fù)合物Hat1p/Hat2p/H47-46復(fù)合物和Hat1p/Hat2p/H31-12/H47-46復(fù)合物的高分辨率晶體結(jié)構(gòu)（圖A）。該研究在分子水平上解釋了Hat2p是通過(guò)促進(jìn)Hat1p底物識(shí)別來(lái)提高Hat1p乙酰轉(zhuǎn)移酶活性的機(jī)制；通過(guò)pull-down等生化手段驗(yàn)證了Hat1p與Hat2p之間相互作用的關(guān)鍵位點(diǎn)，并利用ITC對(duì)Hat2p與組蛋白H3相互作用的分子機(jī)制進(jìn)行了進(jìn)一步研究，發(fā)現(xiàn)了Hat2p可能通過(guò)識(shí)別不同修飾的H3來(lái)調(diào)節(jié)組蛋白修飾的分子機(jī)制（圖B-D），這些發(fā)現(xiàn)對(duì)于研究Hat1p作為乙酰轉(zhuǎn)移酶參與到DNA復(fù)制以及染色體組裝等多種重要的生命過(guò)程都有著非常重要的指導(dǎo)意義。同時(shí)通過(guò)生物信息學(xué)對(duì)多種生物的Hat1進(jìn)行比對(duì)后發(fā)現(xiàn)，Hat1p蛋白中與Hat2p相互作用的一段重要的區(qū)域并不在種間保守，更好地說(shuō)明了Hat1p與Hat2p之間的相互作用的調(diào)節(jié)機(jī)制是從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的一種進(jìn)化過(guò)程，在高等生物的體內(nèi)可能通過(guò)其它蛋白的參與對(duì)兩者的相互作用進(jìn)行調(diào)節(jié)。目前，已有研究證明組蛋白H3上122位的賴氨酸泛素化對(duì)新和成的組蛋白H3/H4二聚體的組裝及轉(zhuǎn)運(yùn)具有重要作用。此外，通過(guò)結(jié)構(gòu)比對(duì)作者發(fā)現(xiàn)H3/H4二聚體以一種全新的方式結(jié)合Hat1p/Hat2p（圖E），該研究為闡明組蛋白修飾對(duì)染色體組裝及組蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)提供了一個(gè)全新的視點(diǎn)。
本論文是由清華大學(xué)楊茂君教授實(shí)驗(yàn)室、柴繼杰教授實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所許瑞明教授實(shí)驗(yàn)室和美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)醫(yī)學(xué)院的Mark R. Parthun教授實(shí)驗(yàn)室協(xié)作下完成的。清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院李海濤教授為該研究提供了有力的幫助，鳳凰工程主管范世龍博士及上海同步輻射光源(SSRF)BL17U1線站為數(shù)據(jù)收集提供了及時(shí)有效的支持。
該系列研究獲得國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部重大研究計(jì)劃及清華-北大生命聯(lián)合中心的支持。
供稿：生命學(xué)院 編輯：襄 樺 學(xué)生編輯：小 西
