在真核細(xì)胞中，核小體是染色質(zhì)的基本組成單元，其可以通過改變自身的定位、共價修飾組蛋白及置換組蛋白變體的方式來改變?nèi)旧|(zhì)的結(jié)構(gòu)和調(diào)控基因表達(dá)。核小體的這些調(diào)控主要由染色質(zhì)重塑復(fù)合物和組蛋白修飾復(fù)合物來執(zhí)行。人源TIP60復(fù)合物（hTIP60）是一個具有 17個亞基的超大型復(fù)合物（分子量約為1.7 MDa），它的獨(dú)特之處在于同時擁有組蛋白變體置換和組蛋白乙酰化活性。根據(jù)酶活和分子組成上的相似性，hTIP60被認(rèn)為是酵母中 SWR-C復(fù)合物（ySWR-C）和 NuA4復(fù)合物（yNuA4）的融合物。之前的研究表明，hTIP60在多種生物學(xué)過程中發(fā)揮重要作用，包括轉(zhuǎn)錄調(diào)控、DNA修復(fù)、細(xì)胞周期控制和胚胎發(fā)育等，同時hTIP60的突變被認(rèn)為與多種癌癥相關(guān)。
過往的研究報道了hTIP60復(fù)合物的同源物如 ySWR-C、 yNuA4、hSRCAP-C等復(fù)合物的高分辨冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，從結(jié)構(gòu)生物學(xué)的角度闡明了這些復(fù)合物結(jié)合底物核小體并發(fā)揮活性的機(jī)制，另外也有一些研究通過晶體學(xué)、核磁共振波譜（NMR）等技術(shù)對 hTIP60復(fù)合物的部分亞基如YL1、YEATS4、MRG15-MRGBP、EPC1-MBTD1等進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析，而hTIP60合物的完整結(jié)構(gòu)信息一直處于空白狀態(tài)，因此目前該復(fù)合物的組裝結(jié)合核小體的模式仍然很不清楚。
2024年8月17日，復(fù)旦大學(xué)生物醫(yī)學(xué)研究院/附屬腫瘤醫(yī)院 徐彥輝 團(tuán)隊在 Nature Communications 雜志上在線發(fā)表了題為 Structure of the human TIP60 complex 的研究論文。該研究利用單顆粒冷凍電鏡技術(shù)，結(jié)合交聯(lián)質(zhì)譜及體外生化功能分析闡明了hTIP60復(fù)合物精細(xì)的分子組裝機(jī)制，并提出了該復(fù)合物作用于核小體的模型。
根據(jù)已有的關(guān)于hTIP60復(fù)合物的報道及其與yNuA4和ySWR-C復(fù)合物的同源性研究，由17個亞基組成的hTIP60復(fù)合物可被劃分為5個模塊，其分別為含有Snf2家族ATPase結(jié)構(gòu)域的motor模塊、調(diào)節(jié)性的ARP模塊、發(fā)揮乙酰化功能的HAT模塊、含有多個組蛋白修飾閱讀器的TINTIN（Trimer Independent of NuA4 for Transcription Interactions with Nucleosomes）模塊、以及用于結(jié)合轉(zhuǎn)錄激活因子的TRRAP模塊（圖1）。
圖1.人源TIP60復(fù)合物的模塊化組織和結(jié)構(gòu)域示意圖
徐彥輝課題組的這項工作報道了hTIP60復(fù)合物單體狀態(tài)下的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，9.4 ?的整體冷凍電鏡密度圖表明該復(fù)合物主要由兩大部分構(gòu)成，這兩部分被稱為核心亞復(fù)合物（包括motor模塊及ARP模塊）和 TRRAP模塊，它們通過一段柔性區(qū)域連接（圖1a），隨后研究人員將這兩部分的分辨率均細(xì)化至3.2 ?（圖1b）。這些結(jié)構(gòu)表明EP400亞基作為hTIP60復(fù)合物的骨架蛋白，整合了復(fù)合物的motor模塊、ARP（actin-related protein）模塊和TRRAP模塊。在motor模塊中，RUVBL1-RUVBL2六聚體是EP400亞基的ATPase結(jié)構(gòu)域和YL1亞基組裝的剛性核心。在ARP模塊中，ACTL6A-ACTB異二聚體和一個額外的ACTL6A亞基通過疏水作用與EP400亞基的HSA螺旋進(jìn)行接觸；而亞基 DMAP1、EPC1和EP400之間的相互作用網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)了ACTL6A-ACTB異二聚體和EP400-HSA之間的結(jié)合。在TRRAP模塊中，EP400亞基的 SANT結(jié)構(gòu)域及其C端區(qū)域與TRRAP亞基存在廣泛的相互作用界面。總體來看，ARP模塊與motor模塊之間的連接非常穩(wěn)定，而其與TRRAP模塊之間的連接非常靈活，這是hTIP60復(fù)合物特有的結(jié)構(gòu)特征。
除了上述已經(jīng)確定的模塊外，hTIP60復(fù)合物的整體冷凍電鏡密度圖中TRRAP模塊和核心亞復(fù)合物之間還存在了一些較弱的密度，這些密度可能屬于hTIP60復(fù)合物其他的模塊，包括HAT模塊和TINTIN模塊（圖2a）。因此在hTIP60復(fù)合物中，其HAT模塊、TINTIN模塊和TRRAP模塊都以靈活的方式連接到核心亞復(fù)合物中，這種結(jié)構(gòu)上的可塑性可能有助于該復(fù)合物在細(xì)胞中識別復(fù)雜的染色質(zhì)環(huán)境并找到合適的底物。
圖2.人源TIP60復(fù)合物單體的結(jié)構(gòu) (a). hTIP60復(fù)合物在低輪廓水平（low contour level，左）和高輪廓水平（high contour level，右）的整體冷凍電鏡密度圖。(b).人源TIP60復(fù)合物單體狀態(tài)下的冷凍電鏡重構(gòu)密度圖及三維模型。
此外，該研究還報道了與核小體結(jié)合的hTIP60復(fù)合物的較低分辯率的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)顯示核小體結(jié)合在hTIP60復(fù)合物的核心亞復(fù)合物和TRRAP模塊之間（圖3），值得注意的是，在對hTIP60-核小體復(fù)合物的冷凍電鏡數(shù)據(jù)進(jìn)行仔細(xì)的分析后，研究人員并未觀察到hTIP60的核心亞復(fù)合物像其他重塑復(fù)合物那樣（即催化亞基的ATPase結(jié)構(gòu)域抓住核小體的DNA以進(jìn)行染色質(zhì)重塑）結(jié)合核小體的構(gòu)象。
圖3.核小體結(jié)合狀態(tài)下的人源TIP60復(fù)合物的冷凍電鏡重構(gòu)密度圖及模型
綜上所述，該研究揭示了hTIP60復(fù)合物的 motor模塊、ARP模塊和 TRRAP模塊高分辨的結(jié)構(gòu)信息，闡明了該復(fù)合物的分子組裝機(jī)制及各模塊之間的相互作用模式；并首次報道了和核小體結(jié)合的hTIP60復(fù)合物的冷凍電鏡重構(gòu)密度圖，從結(jié)構(gòu)生物學(xué)的角度對該復(fù)合物如何與核小體作用提供了見解，為繼續(xù)探索hTip60復(fù)合物作用于染色質(zhì)并調(diào)控基因表達(dá)的機(jī)制提供了線索。
復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院2020級博士生陳柯（已畢業(yè)）、粵港澳大灣區(qū)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)研究院青年副研究員王麗和復(fù)旦大學(xué)生物醫(yī)學(xué)研究院2017級直博生于子朔（已畢業(yè)）為本文共同第一作者，復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院研究員/生物醫(yī)學(xué)研究院雙聘研究員徐彥輝、復(fù)旦大學(xué)生物醫(yī)學(xué)研究院青年研究員/附屬腫瘤醫(yī)院雙聘副研究員王茜敏和粵港澳大灣區(qū)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)研究院青年副研究員王麗為共同通訊作者。
值得注意的是，今年8月加州大學(xué)伯克利分校的Eva Nogales課題組聯(lián)合加拿大Laval University的Jacques C?té課題組在 Science 雜志上發(fā)表了類似的結(jié)果，另外約翰·霍普金斯大學(xué)的Robert K. Louder課題組聯(lián)合Carl Wu課題組近期在預(yù)印本平臺BioRxiv上發(fā)布的工作也報道了TIP60復(fù)合物單體的結(jié)構(gòu)。
原文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-024-51259-z
