Polycomb蛋白復(fù)合物對基因表達(dá)的抑制是調(diào)控胚胎發(fā)育和細(xì)胞類型規(guī)范的基本機(jī)制。Polycomb抑制性去泛素酶(PR-DUB)復(fù)合物去除核小體上組蛋白H2AK119單泛素化(H2AK119ub1)的泛素部分，抵消Polycomb抑制性復(fù)合物1 (PRC1)的泛素E3連接酶活性，以促進(jìn)Polycomb蛋白對基因的正確沉默，并保護(hù)活性基因免受PRC1的無意沉默。PR-DUB復(fù)雜的生物學(xué)功能需要H2AK119ub1的精確靶向，但PR-DUB可以不加區(qū)別地去泛素化；因此，其微妙的核小體依賴底物特異性的基礎(chǔ)仍然不清楚。

2023年3月29日，中國科學(xué)院生物物理研究所許瑞明及朱冰共同通訊在Nature在線發(fā)表題為“Basis of the H2AK119 specificity of the Polycomb repressive deubiquitinase”的研究論文，該研究報(bào)道了人PR-DUB（由BAP1和ASXL1組成）與染色小體(Chromatosome)復(fù)合物的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)。

該研究發(fā)現(xiàn)ASXL1除了在形成泛素結(jié)合裂縫中起作用外，還指導(dǎo)BAP1的帶正電荷的C端延伸與二分體附近的核小體DNA和組蛋白H3-H4結(jié)合。此外，BAP1催化結(jié)構(gòu)域的一個(gè)保守環(huán)段位于H2A-H2B酸性斑塊附近。這種獨(dú)特的核小體結(jié)合模式將H2A的C端尾部從核小體表面取代，并賦予PR-DUB對H2AK119ub1的特異性。

(資料圖片僅供參考)

PcG蛋白通過翻譯后修飾組蛋白和促進(jìn)兼性異染色質(zhì)的形成來抑制基因表達(dá)。原型PcG復(fù)合物PRC1和PRC2分別通過H2AK119泛素化和H3K27甲基化影響發(fā)育程序和人類疾病。獨(dú)特的PR-DUB復(fù)合物通過對抗PRC1的機(jī)制來實(shí)現(xiàn)其PcG功能：即通過核小體上H2AK119ub1的去泛素化。PR-DUB的這一特性確保了H2AK119ub1的正確水平，以壓實(shí)Polycomb染色質(zhì)結(jié)構(gòu)域，并保護(hù)活性基因免受PRC1的沉默。

人類PR-DUB由BAP1-泛素C端水解酶(UCH)和一種ASXL(附加性梳樣)蛋白(ASXL1-ASXL3)組成。BAP1和ASXL蛋白都是進(jìn)化上保守的多結(jié)構(gòu)域蛋白，在癌癥中經(jīng)常發(fā)生突變。值得注意的是，一些癌癥相關(guān)的ASXL1-ASXL3的截?cái)啾憩F(xiàn)為PR-DUB的功能獲得性突變，使BAP1成為白血病的潛在治療靶點(diǎn)。

結(jié)合H2AK119ub1染色小體的PR-DUB結(jié)構(gòu)（圖源自Nature）

BAP1本身是不活躍的，但結(jié)合到ASXL1-ASXL3的去泛素酶適配器(DEUBAD)結(jié)構(gòu)域激活BAP1的去泛素酶活性。活化的BAP1復(fù)合物在核小體中特異性地去泛素化H2AK119ub1，盡管它能夠雜亂地去泛素化游離組蛋白和肽底物。果蠅PR-DUB的晶體結(jié)構(gòu)由Calypso (Caly)和Asx的DEUBAD結(jié)構(gòu)域(AsxDEU)組成，表明AsxDEU與Caly的UCH37-like (ULD)結(jié)構(gòu)域相互作用形成一個(gè)完整的泛素結(jié)合口袋。

Caly-AsxDEU結(jié)構(gòu)缺乏結(jié)合底物，盡管可以從與泛素結(jié)合的UCH37 - RPN13xDEU復(fù)合體(UCH37也被稱為UCH-L5)高度同源的結(jié)構(gòu)中了解到很多關(guān)于泛素結(jié)合的信息。然而，是什么決定了H2AK119ub1依賴核小體的特異性尚不清楚。為了解決這一問題，該研究確定了PR-DUB與H2AK119ub1染色體的復(fù)合體結(jié)構(gòu)，該復(fù)合體是由連接子組蛋白H1 (H1.4)與H2AK119ub1結(jié)合到187 bp DNA核小體核心粒子(NCP)上形成的，稱為NCP(H2AK119ub1)。

該研究發(fā)現(xiàn)ASXL1除了在形成泛素結(jié)合裂縫中起作用外，還指導(dǎo)BAP1的帶正電荷的C端延伸與二分體附近的核小體DNA和組蛋白H3-H4結(jié)合。此外，BAP1催化結(jié)構(gòu)域的一個(gè)保守環(huán)段位于H2A-H2B酸性斑塊附近。這種獨(dú)特的核小體結(jié)合模式將H2A的C端尾部從核小體表面取代，并賦予PR-DUB對H2AK119ub1的特異性。

參考消息：

https://www.nature.com/articles/s41586-023-05841-y

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