丁建平研究组揭示支架蛋白BRPF2调控组蛋白乙酰转移酶HBO1活性的分子机制

        2月24日，国际学术期刊Nucleic Acids Research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”，该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。

 

        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。

 

        丁建平研究组的博士研究生陶冶及副研究员钟琛等人发现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。

 

        感谢国家蛋白质科学研究设施（上海）19U线站的工作人员在晶体衍射数据收集中的支持与 帮助。该研究工作得到了国家自然科学基金委、中国科学院和国家科技部的经费支持。

 

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