董愛(ài)武團(tuán)隊(duì)與麻錦彪團(tuán)隊(duì)合作揭示植物組蛋白分子伴侶識(shí)別組蛋白的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)
2020年11月16日，復(fù)旦大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院董愛(ài)武團(tuán)隊(duì)與麻錦彪團(tuán)隊(duì)合作于 《美國(guó)科學(xué)院院刊》 (PNAS)，在線發(fā)表了題為 “NAP1-Related Protein 1 (NRP1) has multiple interaction modes for chaperoning histones H2A-H2B” 的研究論文，揭示了組蛋白分子伴侶NRP1以多種方式識(shí)別組蛋白H2A-H2B的分子機(jī)制。
Nucleosome assembly protein 1 (NAP1)作為組蛋白H2A-H2B重要的分子伴侶，最早在非洲爪蟾的受精卵中被分離且具有核小體組裝活性；隨后在酵母、動(dòng)物和植物中都發(fā)現(xiàn)了NAP1的同源蛋白，而且NAP1家族蛋白在進(jìn)化過(guò)程中具有很強(qiáng)的保守性。NAP1-Related Protein 1（NRP1）是擬南芥NAP1家族成員，作為組蛋白H2A-H2B的分子伴侶參與核小體移除，并能與轉(zhuǎn)錄因子WER結(jié)合激活下游靶基因GL2，調(diào)控植物根毛發(fā)育。
為了探索NRP1移除核小體的分子機(jī)制，董愛(ài)武團(tuán)隊(duì)和麻錦彪團(tuán)隊(duì)合作解析了NRP1與組蛋白H2A-H2B的復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)（3.0 Å），發(fā)現(xiàn)NRP1的N端結(jié)構(gòu)域可以直接結(jié)合H2A-H2B，這是NAP1家族蛋白沒(méi)有被發(fā)現(xiàn)過(guò)的一種新的組蛋白結(jié)合方式。遺傳互補(bǔ)實(shí)驗(yàn)表明：NRP1 N端識(shí)別H2A-H2B的關(guān)鍵氨基酸突變的蛋白質(zhì)NRP1-mN不能回復(fù)NRP缺失突變體nrp1-1 nrp2-1的表型，證明NRP1 N端結(jié)構(gòu)域與H2A-H2B的相互作用在體內(nèi)具有重要的生理功能。該工作還解析了NRP1 C端酸性結(jié)構(gòu)域和H2A-H2B的復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)（1.65 Å），發(fā)現(xiàn)NRP1 C端的[D/E]-X/XX-D-[F/Y]基序在很多H2A-H2B結(jié)合蛋白中都存在并以保守的模式結(jié)合組蛋白，暗示[D/E]-X/XX-D-[F/Y]基序可以作為H2A-H2B結(jié)合蛋白的一個(gè)標(biāo)志。此外，通過(guò)體外交聯(lián)-質(zhì)譜分析和ITC實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步鑒定了NRP1 Earmuff結(jié)構(gòu)域中參與H2A-H2B結(jié)合的關(guān)鍵氨基酸。最后，體外核小體組裝與去組裝實(shí)驗(yàn)證明：NRP1的N端結(jié)構(gòu)域、Earmuff 結(jié)構(gòu)以及C端酸性區(qū)域?qū)RP1發(fā)揮功能都是必須的。綜上所述，該工作揭示了擬南芥NRP1識(shí)別組蛋白H2A-H2B的多種方式，闡明了NRP1介導(dǎo)核小體組裝與去組裝的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。
2017年，董愛(ài)武團(tuán)隊(duì)與麻錦彪團(tuán)隊(duì)合作在 《植物細(xì)胞》 (The Plant Cell)發(fā)表了組蛋白分子伴侶NRP1與轉(zhuǎn)錄因子WER相互作用調(diào)控根毛發(fā)育的分子機(jī)制；2020年，董愛(ài)武團(tuán)隊(duì)與甘建華團(tuán)隊(duì)合作在 《核酸研究》 (Nucleic Acids Research)發(fā)表了WER識(shí)別DNA的分子基礎(chǔ)；結(jié)合剛發(fā)表的NRP1識(shí)別組蛋白H2A-H2B的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，較為完善地解析了組蛋白分子伴侶NRP1與轉(zhuǎn)錄因子相互作用，調(diào)控基因表達(dá)及植物發(fā)育的分子機(jī)制。
董愛(ài)武團(tuán)隊(duì)的博士研究生羅強(qiáng)（董愛(ài)武和麻錦彪聯(lián)合培養(yǎng)）和碩士研究生王百慧為文章的共同第一作者，董愛(ài)武教授與麻錦彪教授為共同通訊作者，晶體結(jié)構(gòu)分析得到了甘建華教授的幫助，該研究工作由自然科學(xué)基金委和復(fù)旦大學(xué)遺傳工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室資助。
A. NRP1 N端識(shí)別H2A-H2B的關(guān)鍵氨基酸；B-C. 交聯(lián)-質(zhì)譜和ITC實(shí)驗(yàn)顯示NRP1的N端和Earmuff 結(jié)構(gòu)域均可結(jié)合H2A-H2B；
D-F.遺傳互補(bǔ)實(shí)驗(yàn)證明NRP1 N端結(jié)構(gòu)域與H2A-H2B的相互作用在體內(nèi)具有重要的生理功能。
全文鏈接：https://www.pnas.org/content/early/2020/11/11/2011089117
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