中國科大在染色質(zhì)重塑SWI/SNF與INO80 復(fù)合體的結(jié)構(gòu)研究中取得重要進展
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)蔡剛教授課題組利用冷凍電鏡技術(shù)，解析了染色質(zhì)重塑SWI/SNF與INO80復(fù)合體及其不同核小體結(jié)合狀態(tài)復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu)，揭示了SWI/SNF與INO80復(fù)合體共有的肌動蛋白(Actin)和核肌動蛋白相關(guān)蛋白(Arps)組成的Actin/Arp模塊作為構(gòu)象調(diào)控的分子開關(guān)，調(diào)控核小體結(jié)合及可能調(diào)節(jié)重塑核小體活性的分子機制；相關(guān)研究成果近日分別在國際權(quán)威雜志《Protein & Cell》和《Journal of Molecular Cell Biology》上發(fā)表。
染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的調(diào)控對于真核生物的基因轉(zhuǎn)錄、細胞周期發(fā)展、DNA復(fù)制、重組和損傷修復(fù)具有至關(guān)重要的意義。催化染色質(zhì)結(jié)構(gòu)改變的酶，包括組蛋白修飾（乙?；?、甲基化、磷酸化、泛素化以及類泛素化等）和染色質(zhì)重塑（ATP依賴性的DNA移位酶），通常組裝成多亞基的復(fù)合體來發(fā)揮功能。多個組蛋白修飾和染色質(zhì)重塑復(fù)合體，都含有肌動蛋白(Actin)和肌動蛋白相關(guān)蛋白(Arps)組成的Actin/Arp模塊，如SWI/SNF （高等生物中的BAF）、INO80、SWR1和NuA4/TIP60等。目前對這些復(fù)雜復(fù)合體各個亞基在復(fù)合體中的定位、及其在復(fù)合體組裝和穩(wěn)定中的貢獻，以及如何重塑核小體結(jié)構(gòu)的分子機制知之甚少。
蔡剛教授課題組針對這些難題啟動攻堅。經(jīng)過大量系統(tǒng)嘗試，克服了重重困難，分別獲得了SWI/SNF與INO80復(fù)合體完整復(fù)合體的高質(zhì)量生化制備和冷凍電鏡三維結(jié)構(gòu)，但是，分辨率受限于染色質(zhì)重塑復(fù)合體顯著的結(jié)構(gòu)柔性，無法從結(jié)構(gòu)上鑒定各個亞基的空間位置和相互作用。蔡剛研究組采取“庖丁解牛”的研究策略，通過細致比較完整復(fù)合體及其各個亞基缺失突變體的精細三維結(jié)構(gòu)，首次闡明了SWI/SNF和INO80復(fù)合體的亞基組織架構(gòu)和亞基間的相互作用，建立了各個亞基的生物學(xué)功能和復(fù)合體組裝和功能調(diào)控的直接聯(lián)系。
此外，蔡剛課題組解析了SWI/SNF催化核心亞復(fù)合體和INO80 Actin/Arp模塊，及其結(jié)合核小體底物的不同重塑狀態(tài)的精細三維結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)了SWI/SNF和INO80復(fù)合體共有的Actin/Arp模塊首先結(jié)合核小體，通過Actin/Arp模塊顯著的構(gòu)象變化，幫助核小體加載到催化核心的ATPase結(jié)構(gòu)域。高度柔性的Actin/Arp模塊不僅構(gòu)成了染色質(zhì)重塑復(fù)合體結(jié)合核小體的構(gòu)象開關(guān)，而且有可能通過直接調(diào)節(jié)ATPase結(jié)構(gòu)域的構(gòu)象，調(diào)控著SWI/SNF和INO80染色質(zhì)重塑的活性。
該成果對揭示染色質(zhì)重塑復(fù)合體重塑核小體結(jié)構(gòu)的分子機制，理解基因表達及其調(diào)控的分子機制，細胞增殖、發(fā)育及分化的機理具有重大意義；并有可能為新型腫瘤治療藥物的開發(fā)、干細胞分化與重新編程的改造奠定理論基礎(chǔ)。
蔡剛實驗室的博士研究生張智慧和張旋分別是兩篇論文的第一作者，蔡剛教授和王雪娟研究員同為共同通訊作者。該項工作獲得了基金委、科技部和合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實驗室的資助，此外，還得到了中科院生物物理所生物成像中心的儀器和技術(shù)支持。
兩篇文章鏈接分別為：
https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs13238-018-0524-9
https://academic.oup.com/jmcb/advance-article-abstract/doi/10.1093/jmcb/mjy062/5156286
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