Chz1介导H2A.Z特异性识别和传递的分子机制研究

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染色质动态结构是表观遗传调控的基础。组蛋白变体在染色质动态结构调节中起到了非常重要的作用。H2A.Z是一类被广泛研究的H2A家族组蛋白变体,它在很多高等真核生物中都是必需的,参与基因转录调节、DNA损伤修复、常染色质异染色质边界维持等过程。在细胞核内,染色质重塑复合物SWR1在ATP供能的情况下,通过两步替换反应,将组蛋白H2A替换为H2A.Z,最终形成H2A.Z核小体。体内游离的H2A.Z会被组蛋白伴侣结合,防止其与DNA等发生非特异性结合,而且不同的组蛋白伴侣在不同的生命活动中发挥作用。在酵母中,H2A.Z可以特异的被组蛋白伴侣Chz1识别。Chz1是酵母等真菌类生物所特有的。已有生化实验和核磁结构研究表明,Chz1的中间部分区域可与H2A.Z-H2B二聚体结合,参与H2A.Z的传递和交换过程,但是在这个过程中Chz1起到怎样的作用以及Chz1是怎样被H2A.Z特异性识别的分子机制还不得而知。  本论文利用核磁共振的方法鉴定出Chz1的C端区域可以和H2A.Z-H2B结合,同时运用X射线晶体学方法,成功解析了分辨率为1.65(A)的Chz1-C-142-153/H2A.Z-H2B复合物的晶体结构。Chz1-C-142-153通过一个保守的苯丙氨酸(F151)插入到由H2B的N端形成的疏水口袋中,除此之外Chz1-C-142-153其他保守的酸性氨基酸和H2A.Z-H2B之间形成氢键相互作用稳定了这一结合。组蛋白交换实验证实Chz1具有促进H2A.Z交换的功能,而ChIP-qPCR实验证实,Chz1具有促进H2A.Z在基因启动子区域定位的作用,而且Chz1的C端区域在其中发挥了一定的促进作用。  利用等温滴定量热(ITC)的方法,本论文鉴定出H2A.Z两个特异的氨基酸,分别是位于α2螺旋的A57和位于α3和αC之间的G98对于H2A.Z特异性识别Chz1是充分且必要的。之前研究中决定H2A.Z对组蛋白伴侣的特异性识别位点基本都是位于H2A.Z的C末端区域,本论文第一次发现在α2螺旋和C末端区域同时存在H2A.Z对组蛋白伴侣的特异性识别位点。  对Chz1-C-142-153/H2A.Z-H2B复合物结构分析发现,很多H2A/H2A.Z类组蛋白伴侣和组蛋白的复合物结构中都包含这一类似的结合模式,暗示这一结合具有重要功能。同时,Chz1的C端对于H2A.Z在特定基因启动子区域的定位具有促进作用,这一发现对于理解组蛋白伴侣在体内参与的重要功能提供了新的思路。本论文鉴定出Chz1对H2A.Z特异性识别的两个关键氨基酸,并且这两个氨基酸对于酵母抵抗压力环境具有一定作用。本论文为组蛋白变体和组蛋白伴侣参与的表观遗传调控提供了新的认知,也为今后这个领域的研究提供了新的思路。
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