新突破！清華大學取得染色質去乙酰化動態修飾研究新突破

2023年7月19日，清華大學李海濤及閆創業共同通訊在Nature在線發表題為“Diverse modes of H3K36me3-guided nucleosomal deacetylation by Rpd3S”的研究論文，該研究解決了釀酒酵母Rpd3S在游離態和 H3K36me3核糖體結合態下的冷凍電鏡結構。

該研究展示了一種獨特的Rpd3S結構，其中Eaf3-Rco1異源二聚體的兩個拷貝與Rpd3和Sin3不對稱組裝形成催化核心復合物。Eaf3、Sin3和Rco1對兩個H3K36me3標記、核體DNA和連接體DNA的多價識別將Rpd3的催化中心定位在組蛋白H4 N端尾部附近進行去乙酰化。在另一種催化模式下，Rco1和Eaf3組合讀取未甲基化的組蛋白H3賴氨酸4和H3K36me3，指導組蛋白H3特異性去乙酰化。總的來說，該項工作闡明了Rpd3S的多價核小體結合和甲基化引導的去乙酰化的動態和多樣化模式，突出了轉錄和其他轉錄過程中精心設計的多亞基酶機制的表觀遺傳調控的復雜性。

動態組蛋白修飾及其串擾在基因調控中起關鍵作用。例如，組蛋白H3賴氨酸三甲基化(H3K4me3)和H3K36me3是區分轉錄起始位點和轉錄單位編碼區域的標志。組蛋白甲基轉移酶Set2可以通過延長RNA聚合酶II直接募集，并特異性甲基化H3K36。在酵母中，Rpd3S組蛋白去乙酰化酶(HDAC)復合物在編碼區識別H3K36me3，并通過其去乙酰化酶活性抑制來自隱啟動子的轉錄。因此，Set2-Rpd3S調控軸在H3K36甲基化和組蛋白去乙酰化之間建立了串擾，從而抑制異常轉錄。

Rpd3最初被認為是一種全局基因調控因子和協同抑制因子，1996年**報道其作為HDAC發揮作用。這一發現，連同Gcn5作為**個與轉錄相關的組蛋白乙酰轉移酶的特性，建立了染色質生物學和表觀遺傳學的新范式。酵母Rpd3是一類HDAC家族成員，可與Sin3、me1、Rco1和Eaf3組裝形成0.6-MDa的Rpd3S復合物。同時，Rpd3、Sin3和Ume1也可以與不同的因子組合，包括Pho23、Cit6和Ume6，在酵母中形成1.2-MDa的Rpd3 large (Rpd3L)復合物。Rpd3S和Rpd3L都有助于基因抑制，這取決于H3K36me3與H3K4me317的甲基化背景。

Rpd3S復合物通過Eaf3亞基(CHDEaf3)的色域(CHD)識別H3K36me3，并通過Rco1的植物同源盒結構域(PHD)手指跨編碼區識別未修飾的組蛋白H3 N端尾部。組蛋白H3K36me3促進Rpd3S復合物對組蛋白H3和H4的去乙酰化酶活性，這與協調的亞基內相互作用和變構調節有關。此外，Rpd3S復合物在h3k36me3導向的去乙酰化中表現出雙核小體的偏好，其為**連接體DNA長度。總的來說，這些生化特征表明Rpd3S與其修飾的核小體底物存在多價和動態作用，其結構基礎有待深入研究。

該研究成功解析了釀酒酵母Rpd3S復合物在自由狀態和H3K36me3核小體結合狀態下的分子結構模型，并結合去乙酰化酶活分析以及酵母遺傳學等功能實驗，系統全面的對Rpd3S復合物的組裝模式、底物識別催化和修飾介導調控等過程進行了分子機制解剖，揭示出甲基化指引的染色質去乙酰化動態和多樣化模型。該研究為更好地理解真核生物物種中多功能的I類HDAC復合物奠定了框架，并為基于結構和機制的HDAC活性修飾藥物的開發鋪平了道路。

在此項研究中，清華大學醫學院李海濤課題組博士后管海鵬和已畢業博士生王沛為并列**作者。清華大學醫學院2020級博士生張沛主要參與了本研究，上海交通大學醫學院李兵教授、阮純博士，以及鄭州大學醫學科學院鄭向東特聘教授提供了專業指導和幫助。清華大學醫學院李海濤教授和生命學院閆創業副教授為共同通訊作者。

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