組蛋白去乙酰化酶Rpd3S核小體去乙酰化和DNAlinker收緊的分子機制

　　近日，中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院聯合澳門大學，在《細胞研究》（Cell Research）上，在線發表了題為Structural basis of nucleosome deacetylation and DNA linker tightening by Rpd3S histone deacetylase complex的研究論文。該研究通過生化手段和單顆粒冷凍電鏡技術確定了Rpd3S組裝模式，并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，捕獲了Rpd3S在H3K36甲基化依賴的去乙酰化過程中的多個構象以及與Linker Histone H1共存的模式。研究基于上述成果發現：Rpd3S通過其Eaf3亞基上的CHD識別H3K36me3，并利用Sin3 basic surface與DNA的靜電相互作用作為錨點，以多個不同的模式與核小體底物相結合，以移除不同區域組蛋白尾巴賴氨酸的乙酰基；Rpd3S完成去乙酰化功能伴隨著雙側DNA linker α角度的減小，提示Rpd3S可擦除帶負電的乙酰基團，同時可能以與linker DNA直接作用的方式收緊DNA并幫助壓縮染色質；而與H1的共存模式進一步提示了去乙酰化復合物與連接組蛋協同凝縮染色質的可能性。

　　在真核細胞中，組蛋白去乙酰化酶（Histone deacetylation，HDAC）以依賴于上游組蛋白修飾的形式來調控基因的轉錄水平，同時防止隱性轉錄的發生。在釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）中，組蛋白去乙酰化酶Sin3 HDAC以Rpd3S和Rpd3L兩種多亞基復合物形式分別存在于基因編碼區及啟動子區域。在基因轉錄過程中，Set2-Rpd3S通過聯系組蛋白甲基化狀態和去乙酰化的進程維持染色質的穩定性，并防止異常隱性轉錄的發生。在既往報道中，Rpd3S被認為可對所有四個組蛋白尾巴上的特定賴氨酸乙酰基發揮作用，并能同時穩定核小體的動態變化。然而，Rpd3S多位點、多功能性的特點，目前在機理上尚無明確闡釋。

　　《自然》（Nature）在線發表了清華大學李海濤課題組和閆創業課題組撰寫的題為Diverse modes of H3K36me3-guided nucleosomal deacetylation by Rpd3S的研究文章。該研究通過結構和生化手段探討了Rpd3S在H3/H4 deacetylation構象下的分子機制。本研究進一步驗證并支持了前述H3/H4 deacetylation的工作機制，提出了Rpd3S在不同H3K36me3和linker

　　DNA協作的條件下多個全新的結合模型，發現了Rpd3S復合物各亞基的組裝模式以及識別核小體底物的關鍵氨基酸位點，揭示了Rpd3S通過調整與核小體的相對位置實現對不同組蛋白去乙酰化的分子機制。同時，該研究發現了Rpd3S完成去乙酰化與Hho1發生時空伴隨，可能是Rpd3S去乙酰化后移向+1核小體與Hho1協同參與組裝和壓縮染色質并進一步沉默基因轉錄。

　　研究工作得到國家自然科學基金、中國科學院、澳門大學、澳門特別行政區科學技術發展基金等的支持。

A、pd3S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。