Nucleic Acids Res:中科院生化细胞所丁建平研究组揭示支架蛋白BRP
2017年2月24日，国际核酸类重要学术期刊《Nucleic Acids Research》杂志在线发表了中国科学院生物化学与细胞生物学研究所国家蛋白质科学中心(上海)丁建平研究组的最新研究成果：“Structural and mechanistic insights into regulation of HBO1 histone acetyltransferase activity by BRPF2”，研究工作揭示了支架蛋白BRPF2调控MYST家族乙酰转移酶HBO1对于组蛋白H3K14乙酰化酶活的分子基础。丁建平研究组的博士研究生陶冶及副研究员钟琛为论文第一作者，丁建平研究员为论文通讯作者。
组蛋白的乙酰化是一种重要的表观遗传修饰，其与染色质的组装形式尤其是染色质的解聚及疏松程度密切相关。不同的乙酰化程度决定了染色质特定位点基因的表达强弱，并进一步影响到DNA复制与修复、细胞分化及发育等多种生理过程。在体内，由组蛋白乙酰转移酶(histone acetyltransferase, HAT)负责对组蛋白上特定位点的赖氨酸残基进行乙酰化。HBO1属于MYST组蛋白乙酰转移酶家族，其对于H3、H4及其它非组蛋白底物都具有广谱的酶活性。在体内它能够与支架蛋白BRPF或JADE及辅助蛋白ING4/5和Eaf6形成稳定的复合物。不同的组分构成决定了HBO1在染色质上的定位，同时增强了其对特定位点的乙酰化酶活。研究表明，HBO1-BRPF2复合物在体内能够特异性地乙酰化组蛋白H3K14，而该位点乙酰化水平的异常会导致DNA复制、细胞周期紊乱，造成胚胎发育迟滞及肿瘤发生。因此，研究HBO1-BRPF2复合物的组装方式及复合物对HBO1酶活的调控方式可以增进我们对于组蛋白乙酰转移酶复合物如何发挥生理功能的分子机制的了解。
研究发现BRPF2的N端片段能够与HBO1催化结构域形成稳定的复合物，该复合物的形成在体外能促进HBO1对于组蛋白H3K14乙酰化的酶活。随后，研究人员运用结构生物学方法解析了该复合物结合辅因子乙酰辅酶A的晶体结构，发现HBO1呈现经典的MYST结构域构象，而BRPF2则以b发卡结构特异性地结合在HBO1的C端。他们进一步运用生物化学和细胞生物学等方法验证和分析了HBO1与BRPF2之间的相互作用，鉴定了参与特异性识别的关键位点，发现HBO1与BRPF2的相互作用方式与之前已报道的MYST家族蛋白MOF与支架蛋白MSL1的相互作用方式具有较大的差异。另外，体内实验结果也证明了BRPF2的N端区域是HBO1-BRPF2相互作用的重要位点，同时该区域也能够在一定程度上辅助该复合物结合核小体。这些研究结果不仅揭示了BRPF2调节HBO1酶活的分子基础，而且也为进一步阐明其它组蛋白乙酰转移酶复合物的调节机制提供了重要信息。
图A：HBO1 MYST结构域与BRPF2 N端片段的晶体结构 图B：BRPF2促进HBO1酶活的工作模型
原文链接：
Structural and mechanistic insights into regulation of HBO1 histone Acetyltransferase activity by BRPF2
原文摘要：
HBO1, a member of the MYST family of histone acetyltransferases (HATs), is required for global acetylation of histone H3K14 and embryonic development. It functions as a catalytic subunit in multisubunit complexes comprising a BRPF1/2/3 or JADE1/2/3 scaffold protein, and two accessory proteins. BRPF2 has been shown to be important for the HAT activity of HBO1 toward H3K14. Here we demonstrated that BRPF2 can regulate the HAT activity of HBO1 toward free H3 and H4, and nucleosomal H3. Particularly, a short N-terminal region of BRPF2 is sufficient for binding to HBO1 and can potentiate its activity toward H3K14. The crystal structure of the HBO1 MYST domain in complex with this segment of BRPF2 together with the biochemical and cell biological data revealed the key residues responsible for the HBO1–BRPF2 interaction. Our structural and functional data together indicate that the N-terminal region of BRPF2 plays an important role in the binding of HBO1 and a minor role in the binding of nucleosomes, which provide new mechanistic insights into the regulation of the HAT activity of HBO1 by BRPF2.
作者：丁建平
