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研究揭橥NuLIVINA与SW福睿斯1复合物的重新组合和分手调控细胞命局可塑性的机制

8月14日,国际学术期刊Cell Discovery 在线发表了中国科学院生物化学与细胞生物学研究所陈江野研究组的科研成果“Merge and separation of NuA4 and SWR1 complexes control cell fate plasticity in Candida albicans”。该研究揭示了组蛋白乙酰转移酶复合物NuA4与染色质重塑复合物SWR1的整合和分离在白念珠菌形态转换过程中的调控机制,推测NuA4与SWR1复合物的融合在真核生物进化过程中具有重要意义。

3月20日,国际权威学术刊物自然出版集团旗下子刊《NatureCommunication》在线发表中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心蔡刚课题组与加拿大拉瓦尔大学癌症研究中心JacquesCôté教授课题组联合攻关的研究论文。在基金委(31570726and31170694)和科技部(2014CB910700)基金的资助下,蔡刚课题组解析了来源酿酒酵母的乙酰转移酶NuA4/Tip60复合体的4.7埃分辨率的冷冻电镜结构,清晰描绘了亚基间的相互作用界面,揭示了NuA4/Tip60组装和调控的机制。中国科大和中国科学院分子细胞科学卓越中心蔡刚教授和中国科大王雪娟研究员为共同通讯作者。

近日,中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心教授蔡刚课题组与加拿大拉瓦尔大学癌症研究中心教授JacquesCôté课题组等合作,解析了来源于酿酒酵母的乙酰转移酶NuA4/Tip60复合体的4.7埃分辨率的冷冻电镜结构,清晰描绘了亚基间的相互作用界面,揭示了NuA4/Tip60组装和调控的机制。

白念珠菌是一种人类机会性致病真菌,以多种形态寄生于人体,包括酵母态和菌丝态,其形态转换能力与其致病能力直接相关。酵母-菌丝形态的转变受多种外界刺激影响,同时受细胞内多种转录因子和染色质修饰复合物调控。组蛋白乙酰转移酶复合物NuA4和染色质重塑复合物SWR1是真核细胞中进化保守的复合物。以前的研究表明,在低等真核生物比如酿酒酵母中,NuA4和SWR1是两个独立存在却又协同作用的复合物;而在高等真核生物比如人类中,NuA4和SWR1融合成一个大的复合物称之为TIP60,TIP60同时拥有NuA4复合物的成员和SWR1复合物的成员。

NuA4/TIP60复合体是进化中非常保守和必需的多亚基复合体,具有乙酰化组蛋白H4/H2A和激活转录的能力,广泛参与了基因转录激活、DNA损伤修复、细胞周期等重要的细胞生理过程。除组蛋白底物外,NuA4/TIP60能乙酰化包括p53和众多转录因子在内的250多种非组蛋白底物,关键性地调控新陈代谢、自噬和细胞稳态、干细胞的维持和更新。人类催化亚基Tip60与其他几个NuA4/TIP60亚基包括TRRAP的突变,与多种癌症,如结肠癌、乳腺癌和前列腺肿瘤的肿瘤发生密切关联。

NuA4/TIP60复合体是进化中非常保守和必需的多亚基复合体,具有乙酰化组蛋白H4/H2A和激活转录的能力,广泛参与了基因转录激活、DNA损伤修复、细胞周期等重要的细胞生理过程。除组蛋白底物外,NuA4/TIP60能乙酰化包括p53和众多转录因子在内的250多种非组蛋白底物,关键性地调控新陈代谢、自噬和细胞稳态、干细胞的维持和更新。人类催化亚基Tip60与其他几个NuA4/TIP60亚基包括TRRAP的突变,与多种癌症,如结肠癌、乳腺癌和前列腺肿瘤的肿瘤发生密切关联。

在该项研究工作中,研究人员发现在酵母态白念珠菌细胞中,NuA4和SWR1复合物能融合形成一个大的复合物,与人的TIP60相类似,而在菌丝态细胞中,NuA4和SWR1分成两个独立的复合物,与酿酒酵母的复合物相似。NuA4和SWR1复合物的融合是通过NuA4复合物的平台蛋白Eaf1锚定于SWR1复合物上的Yaf9来实现的,NuA4复合物的核心酶Esa1能介导Eaf1 K173的乙酰化,从而被Yaf9的YEATS结构域所识别,进而桥接了两个复合物。而在菌丝发育过程,菌丝特异性转录因子Brg1能招募去乙酰化酶Hda1,从而去除了Eaf1 K173的乙酰化,直接导致两个复合物的分离。该研究首次证明NuA4与SWR1复合物动态的离合直接调控白念珠菌酵母-菌丝形态转换的基因表达,揭示NuA4与SWR1复合物的整合和分离在细胞命运可塑性调控中的一种新机制。

NuA4/TIP60复合体包含数十个蛋白质亚基,并与几种染色质重塑复合体(SWR1,INO80和人类SWI/SNF)或组蛋白修饰复合体(SAGAHAT和Rpd3SHDAC)共享六个亚基。受限于NuA4/TIP60复合体高度的组成复杂性和构象多变性,传统的分析手段难以达到足够的精度,迄今为止,我们对NuA4/TIP60复杂装配及其调控机制的理解受到了严重阻碍。

NuA4/TIP60复合体包含数十个蛋白质亚基,并与几种染色质重塑复合体(SWR1、INO80和人类SWI/SNF)或组蛋白修饰复合体(SAGAHAT和Rpd3SHDAC)共享六个亚基。受限于NuA4/TIP60复合体高度的组成复杂性和构象多变性,传统的分析手段难以达到足够精度,对NuA4/TIP60复杂装配及其调控机制的理解受到了严重阻碍。

该研究工作在研究员陈江野的指导下,由博士王雄军和研究生朱文成等人完成,得到了加州大学欧文分校教授刘浩平的大力支持,同时得到中科院和国家自然科学基金委的经费支持。

蔡刚教授课题组利用冷冻电镜,解析了4.7埃分辨率的NuA4/TIP60复合体TEEAA亚复合物(包含Tra1,Eaf1,Eaf5,Actin和Arp4亚基)和7.6埃分辨率的TEEAA-piccoloNuA4亚复合物(包含Tra1,Eaf1,Eaf5,Actin,Arp4,Esa1,Epl1,Yng2和Eaf6亚基)的高分辨率结构,清晰揭示了NuA4/Tip60的组装及其调节界面:表明复合体最大的Tra1/TRRAP亚基与Eaf1一起用作NuA4装配的支架。其中,Actin/Arp4模块位于外围区域,与Eaf1HSA结构域相关联。Eaf1SANT结构域通过离子相互作用紧密结合Tra1/TRRAP的LBE和FATC结构域。Eaf5/7/3和Piccolo模块主要结合在Tra1的FAT和HEAT重复区域,同时分别与Eaf1N-末端和HSA区域相互作用。蔡刚课题组与JacquesCôté教授课题组的紧密合作,共同验证了NuA4/Tip60复合体组装和调控界面的结构及相关发现。

蔡刚课题组利用冷冻电镜,解析了4.7埃分辨率的NuA4/TIP60复合体TEEAA亚复合物(包含Tra1、Eaf1、Eaf5、Actin和Arp4亚基)和7.6埃分辨率的TEEAA-piccoloNuA4亚复合物(包含Tra1、Eaf1、Eaf5、Actin、Arp4、Esa1、Epl1、Yng2和Eaf6亚基)的高分辨率结构,清晰揭示了NuA4/Tip60的组装及其调节界面:复合体最大的Tra1/TRRAP亚基与Eaf1一起用作NuA4装配的支架。其中,Actin/Arp4模块位于外围区域,与Eaf1HSA结构域相关联。Eaf1SANT结构域通过离子相互作用紧密结合Tra1/TRRAP的LBE和FATC结构域。Eaf5/7/3和Piccolo模块主要结合在Tra1的FAT和HEAT重复区域,同时分别与Eaf1N-末端和HSA区域相互作用。