Nature子刊 | 浙江大学王海波团队揭示了Rpd3S复合物染色质靶向和去乙酰化的结构基础

组蛋白修饰间的串扰是基因调控的一种基本表观遗传机制。在转录延伸过程中，组蛋白去乙酰化酶复合物Rpd3S被募集到H3K36甲基化的核小体中，以抑制隐转录起始。然而，Rpd3S亚基如何组装和协调以识别核小体底物并发挥其去乙酰化功能尚不清楚。

2023年10月5日，浙江大学王海波团队在Nature Structural & Molecular Biology 在线发表题为“Structure of histone deacetylase complex Rpd3S bound to nucleosome”的研究论文，该研究报道了3.1 Å分辨率下酿酒酵母Rpd3S脱乙酰酶与H3K36me3修饰核小体结合的结构。

Sin3和Rco1亚基协调了复合物的组装，并介导其与核小体在多个位点的接触，而Sin3-DNA界面作为关键锚点。Rco1的PHD1结构域识别未修饰的H3K4，并将后面的H3尾部指向Rpd3的活性位点，而Eaf3亚基的色域识别H3K36me3标记并与核小体和连接体DNA接触。Eaf3-Rco1的第二个拷贝参与邻近核小体的结合。该研究揭示了Rpd3S复合物染色质靶向和去乙酰化的结构基础。

组蛋白修饰参与染色质基础过程的调控，包括转录、DNA复制和修复。其中，组蛋白乙酰化和去乙酰化通常分别与转录激活和转录抑制相关。在转录延伸阶段，组蛋白甲基转移酶Set2与RNA聚合酶II一起移动并产生H3K36me3修饰，该修饰将组蛋白去乙酰化酶(HDAC)复合物Rpd3S募集到染色质上以去除基因体中的乙酰化标记。Set2-Rpd3S通路维持活跃转录的染色质区域的低乙酰化状态，以抑制隐转录起始。

Rpd3S配合物由五个独特的亚基组成，包括催化亚基Rpd3和四个辅助亚基Sin3、Rco1、Eaf3和Ume1。Rpd3S被募集到核小体的机制已经进行了详细的生化研究，其中涉及两个独特的亚基(Rco1和Eaf3)协同作用以靶向H3K36甲基化。具体来说，Eaf3的染色体结构域(CHD)提供了Rpd3S与H3K36甲基化核小体的结合特异性和整体亲和力，Rco1的植物同源结构域(PHDs)(每个拷贝两个)对脱乙酰酶复合物的功能至关重要。

Rpd3S更倾向于结合二核小体而不是单核小体。同时，这种结合对连接体DNA的长度很敏感，并适度倾向于30-40个碱基对(bp)的连接体，这可以通过染色质重塑器在体外进一步微调。此外，研究表明Rpd3S与其核小体底物接触时会发生构象变化，从而变构激活Eaf3与H3K36甲基化核小体的结合能力。然而，Rpd3S识别二核小体底物并发挥其去乙酰化酶功能的分子机制尚不清楚。

与H3K36me3修饰的核小体结合的Rpd3S复合物的整体结构（图源自Nature Structural & Molecular Biology ）

该研究以3.3 Å的总分辨率确定了Rpd36S与H3K3me3修饰核小体复合物的冷冻电子显微镜（cryo-EM）结构。从结构上发现Sin3和Rco1作为组装枢纽，并使催化亚基Rpd3保持活性状态。此外，Rpd3S具有两个拷贝的Eaf3-Rco1模块，其组蛋白识别域对其染色质底物选择很重要。除了Eaf3 CHD识别H3K36me3修饰、Rco1 PHD1识别未修饰的H3K4外，Rpd3S通过与连接体和核小体DNA的三个主要接触锚定在核小体上。该研究揭示了Rpd3S去乙酰酶复合物在染色质环境下的功能，对Rpd3S复合物的研究为理解它们的人类对偶物如何被招募集到染色质上发挥其功能铺平了道路，这可能有助于针对它们的药物开发。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41594-023-01121-5

转自：“iNature”微信公众号

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