PNAS | 復旦揭示植物組蛋白分子伴侶識別組蛋白的結構基礎

2020-11-20 BioArt植物

PNAS | 復旦大學董愛武團隊與麻錦彪團隊合作揭示植物組蛋白分子伴侶識別組蛋白的結構基礎


來源 | 復旦大學

責編 | 逸雲


近日，復旦大學生命科學學院董愛武團隊與麻錦彪團隊合作在PNAS在線發表了題為NAP1-Related Protein 1 (NRP1) has multiple interaction modes for chaperoning histones H2A-H2B的研究論文，揭示了組蛋白分子伴侶NRP1以多種方式識別組蛋白H2A-H2B的分子機制。



Nucleosome assembly protein 1 (NAP1)作為組蛋白H2A-H2B重要的分子伴侶，最早在非洲爪蟾的受精卵中被分離且具有核小體組裝活性；隨後在酵母、動物和植物中都發現了NAP1的同源蛋白，而且NAP1家族蛋白在進化過程中具有很強的保守性。NRP1是擬南芥NAP1家族成員，作為組蛋白H2A-H2B的分子伴侶參與核小體移除，並能與轉錄因子WER結合激活下遊靶基因GL2，調控植物根毛髮育。


為了探索NRP1移除核小體的分子機制，本研究解析了NRP1與組蛋白H2A-H2B的複合物晶體結構（3.0 Å），發現NRP1的N端結構域可以直接結合H2A-H2B，這是NAP1家族蛋白沒有被發現過的一種新的組蛋白結合方式。遺傳互補實驗表明：NRP1 N端識別H2A-H2B的關鍵胺基酸突變的蛋白質NRP1-mN不能回復NRP缺失突變體nrp1-1 nrp2-1的表型，證明NRP1 N端結構域與H2A-H2B的相互作用在體內具有重要的生理功能。該工作還解析了NRP1 C端酸性結構域和H2A-H2B的複合物晶體結構（1.65 Å），發現NRP1 C端的[D/E]-X/XX-D-[F/Y]基序在很多H2A-H2B結合蛋白中都存在並以保守的模式結合組蛋白，暗示[D/E]-X/XX-D-[F/Y]基序可以作為H2A-H2B結合蛋白的一個標誌。此外，通過體外交聯-質譜分析和ITC實驗，進一步鑑定了NRP1 Earmuff結構域中參與H2A-H2B結合的關鍵胺基酸。最後，體外核小體組裝與去組裝實驗證明：NRP1的N端結構域、Earmuff 結構以及C端酸性區域對NRP1發揮功能都是必須的。綜上所述，該工作揭示了擬南芥NRP1識別組蛋白H2A-H2B的多種方式，闡明了NRP1介導核小體組裝與去組裝的結構基礎。


Binding to H2A-H2B mediated by the αN domain is important for the biological function of NRP1


2017年，董愛武團隊與麻錦彪團隊合作在 《植物細胞》 (The Plant Cell)發表了組蛋白分子伴侶NRP1與轉錄因子WER相互作用調控根毛髮育的分子機制；2020年，董愛武團隊與甘建華團隊合作在 《核酸研究》 (Nucleic Acids Research)發表了WER識別DNA的分子基礎（點擊查看：WER轉錄因子識別DNA的分子基礎）。這些研究成果結合剛發表的NRP1識別組蛋白H2A-H2B的結構基礎，較為完善地解析了組蛋白分子伴侶NRP1與轉錄因子相互作用，調控基因表達及植物發育的分子機制。


董愛武團隊的博士研究生羅強（董愛武和麻錦彪聯合培養）和碩士研究生王百慧為文章的共同第一作者，董愛武教授與麻錦彪教授為共同通訊作者，晶體結構分析得到了甘建華教授的幫助，該研究工作由自然科學基金委和復旦大學遺傳工程國家重點實驗室資助。


原文連結：

https://doi.org/10.1073/pnas.2011089117

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