發(fā)布時間：2024-08-01
近期，中國科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院與澳門大學(xué)合作發(fā)表研究論文Structural basis of nucleosome deacetylation and DNA linker tightening by Rpd3S histone deacetylase complex（組蛋白去乙酰化酶Rpd3S核小體去乙酰化和DNA linker收緊的分子機(jī)制），被Cell Research（IF=44.1）選為“近三年最頂級文章（Top articles from the past 3 years）”。組蛋白去乙酰化酶（Histone deacetylation, HDAC）領(lǐng)域的開創(chuàng)性人物Jerry L. Workman以研究亮點(diǎn)（Research Highlight）的形式點(diǎn)評和討論了該論文研究內(nèi)容。以上報道充分肯定了該項研究內(nèi)容的創(chuàng)新性及重要性，該論文揭示了Class I HDAC復(fù)合物發(fā)揮功能的結(jié)構(gòu)與生化基礎(chǔ)，將微觀世界的酶活反應(yīng)以蛋白質(zhì)復(fù)合體剪影的形式呈現(xiàn)出來，彰顯了大自然精巧的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計和表觀遺傳調(diào)控的復(fù)雜性，為基于結(jié)構(gòu)的靶向藥物設(shè)計奠定了理論基礎(chǔ)。
表觀遺傳調(diào)控是確保細(xì)胞表型多樣性的關(guān)鍵機(jī)制，基因表達(dá)水平的失調(diào)與疾病的發(fā)生密切相關(guān)。在釀酒酵母中，組蛋白去乙酰化酶Rpd3作為抑制因子調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄，參與形成Rpd3S（Small）和Rpd3L（Large）兩種分子量約為0.6MDa和1.2MDa的大分子復(fù)合物來執(zhí)行抑制基因轉(zhuǎn)錄的功能。人源Rpd3S復(fù)合物的功能異常與多種腫瘤的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，是乳腺癌、肺癌、急性髓細(xì)胞白血病、多發(fā)性骨髓瘤等實(shí)體瘤和血液系統(tǒng)惡性腫瘤重要的藥物靶點(diǎn)，也被認(rèn)為是抗腫瘤藥物開發(fā)最有希望的靶點(diǎn)之一。HDAC抑制劑可以抑制腫瘤細(xì)胞增殖、阻滯細(xì)胞周期，進(jìn)而誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞分化或凋亡，但由于缺乏對HDAC復(fù)合物的透徹研究，使得臨床使用的非特異性HDAC抑制劑通常伴隨著惡心、血小板減少和骨髓抑制等一系列不良反應(yīng)。因此，Sin3 HDAC Rpd3S復(fù)合物核小體去乙酰化功能的分子機(jī)制的研究亟待開展且尤為重要，獲取的結(jié)構(gòu)和功能信息將會為基于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的特異性HDAC抑制劑的設(shè)計提供全新的視角和潛在的靶點(diǎn)。
研究團(tuán)隊結(jié)合生化實(shí)驗與單顆粒冷凍電鏡技術(shù)確定了Rpd3S組裝模式，并且以多種不同核小體底物模擬Rpd3S去乙酰化過程中的不同狀態(tài)，成功捕獲了Rpd3S在H3K36甲基化依賴的去乙酰化過程中的多個構(gòu)象，以及與Linker Histone H1共存的模式。基于以上研究結(jié)果提出了Rpd3S在不同H3K36me3和linkerDNA協(xié)作的條件下多個全新的結(jié)合模型，發(fā)現(xiàn)Rpd3S復(fù)合物各亞基的組裝模式以及識別核小體底物的關(guān)鍵氨基酸位點(diǎn)，揭示了Rpd3S通過調(diào)整與核小體的相對位置實(shí)現(xiàn)對不同組蛋白去乙酰化的分子機(jī)制；同時，也發(fā)現(xiàn)了Rpd3S完成去乙酰化與Hho1發(fā)生時空伴隨，可能是Rpd3S去乙酰化后移向+1核小體與Hho1協(xié)同參與組裝和壓縮染色質(zhì)并進(jìn)一步沉默基因轉(zhuǎn)錄。
中國科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院何俊研究員與澳門大學(xué)William Chong Hang Chao教授為本文的共同通訊作者。中國科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院博士生董淑琦、博士后Nadia?Rasheed，澳門大學(xué)博士后李華東、博士生王美林為本文共同第一作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院啟動基金以及澳門大學(xué)、澳門特別行政區(qū)科學(xué)技術(shù)發(fā)展基金等的資助。
圖1. A：Rpd3S去乙酰化H3K9的cryo-EM電子密度圖及搭建模型圖；B：Rpd3S去乙酰化H3/H4不同賴氨酸殘基的western blotting結(jié)果；C：H3 N端K9Q與Rpd3的酶活中心相互作用圖；D：Sin3 basic surface氨基酸與DNA相互作用圖；E：Rco1 AIM與DNA相互作用圖；F：CHD芳香籠與H3K36me3相互作用圖；G：Rco1 PHD與DNA相互作用圖。
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