Cell Res | 中国科学技术大学王雪娟/蔡刚揭示酵母Rpd3S/HDAC全酶与核小体结合及催化的结构基础

组蛋白去乙酰化酶(Histone deacetylases, HDACs)是一种进化上保守的酶，可以去除组蛋白的乙酰修饰，在表观遗传基因沉默中发挥核心作用。

2023年10月12日，中国科学技术大学王雪娟及蔡刚共同通讯在Cell Research（IF=44）在线发表题为“Structural basis for nucleosome binding and catalysis by the yeast Rpd3S/HDAC holoenzyme”的研究论文，该研究揭示了酵母Rpd3S/HDAC全酶与核小体结合及催化的结构基础。

I类 HDAC是一系列疾病如癌症、炎症、感染和神经系统疾病的表观遗传治疗的有希望的靶点。酵母Rpd3是I类 HDAC的创始成员，它形成两种不同的复合物:启动子区域的~ 1.2 MDa Rpd3L去乙酰化组蛋白，以及靶向转录区域抑制基因内转录起始的~ 0.6 MDa Rpd3S。Rpd3S由三个核心蛋白组成：Rpd3、Sin3和Ume15以及两个专用的染色质结合亚基：Eaf3和Rco1.6。酵母Rpd3S复合物及其人类同源物Sin3B复合物的结构最近被报道。

值得注意的是，Rpd3S复合体的结构揭示了两个Rco1拷贝和两个Eaf3拷贝。Rpd3S的完整功能需要两个Rco1亚基Rco1-Eaf3的两个拷贝通过Rco1 C-末端线圈结构域(CC)二聚，二聚体界面与Sin3配对的两亲α-螺旋3 (PAH3)重叠。Sin3是支架亚基，它通过其HDAC相互作用域(HID)、中间域(MD)和C端域(CTD)包裹在催化Rpd3/HDAC周围。Ume1仅在外围接触Sin3，并且仅在低阈值时可见。

该结构清楚地解析了几个Rco1区域与其他亚基和核小体底物广泛相互作用，特别是几个未表征的结构域。Rco1包含核小体酸性斑块结合区(ABR, 50-67 aa)、Sin3相互作用区(SIR, 85-124 aa)、与H3K4me0尾结合的PHD1(植物同源结构域1,260-307 aa)、Eaf3结合区(EBR, 311-366 aa)、与Sin3门环相互作用的Sin3相互作用结构域1(SID1, 367-415 aa)、与Eaf3 MRG (MORF4相关基因)和Rpd3结合的PHD2 (416-472 aa)和负责Rco1 - Rco1二聚体形成的SID2 (473-591 aa)。Rco1可以与Eaf3相互作用，也可以与Sin3-Rpd3界面相互作用，这意味着Rco1可能对Rpd3/HDAC活性进行变抗调节。

Rpd3S如何选择和催化H3尾部特定赖氨酸残基的机制（图源自Cell Research ）

Rco1 N-末端的功能在很大程度上是未知的，它包含一个内在无序的片段。作者新定义的Rco1 ABR (50-67 aa)从Rpd3S核心延伸，并通过Rco1 R61和K64残基锚定在酸性斑块的表面。核小体酸性斑块对于结合许多染色质相关因子是重要的令人惊讶的是，ABR的N端通过R50和R51侧链，在SHL -6.5处与包裹DNA的主链结合。因此，ABR不仅参与组蛋白酸性斑块的识别，还参与与核小体DNA的相互作用。除了ABR外，连接Rco1 PHD1和ABR的部分柔性区域在该结构中也被明确定义，称为SIR (85-124 aa)，它位于Sin3 HID表面。

该研究阐明了Rpd3S -Nuc复合物的结构，阐明了多价核小体的结合和变构构象的变化，强调了Rpd3S/HDAC全酶的底物特异性和催化杂乱性。值得注意的是，Rco1在核小体结合和位点特异性催化中起着关键作用。Rco1可能是开发新型Rpd3S/Sin3B抑制剂的热点。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41422-023-00884-2

转自：“iNature”微信公众号

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