组蛋白基因活性和基因组稳定性VIP免费

DNA被包装在组蛋白周围，形成称为染色质的大分子结构。组蛋白通常是由小分子的附着而修饰，以引导基因活性和基因组稳定性1，2。例如，泛素对组蛋白H2B的修改（称为H2Bub）与活性的基因表达的域相关联的3，4。但是，这些修饰域是如何产生的还远远不清楚。先前的工作4指出了H2Bub域形成的简单模型：当催化基因转录的酶RNA聚合酶II穿过染色质时，会招募向H2B添加泛素所需的酶复合物。写在自然，加列戈等。图5提供了替代模型，其中酶复合物形成液体样“”的相分离的反应室，其独立于RNA聚合酶II将泛素添加至H2B。在酵母中，泛素与H2B的结合（一种称为泛素化的过程）是由酶Bre1和Rad6执行的。酵母中H2B泛素化还需要第三个蛋白Lge1；Lge1物理结合Bre1，但其在泛素化中的分子作用一直是一个谜6。Gallego等。回顾了Lge1，因为它的氨基酸组成表明它具有一个固有的无序区域（IDR），该区域在氨基末端包含一个“”贴纸序列，富含精氨酸，酪氨酸和甘氨酸氨基酸残基。含有IDR的其他蛋白质已显示出弱相互作用，并经历了液相-液相分离（LLPS），在此过程中，蛋白质自缔合为液体状的冷凝物或液滴，类似于无膜细胞器7。LLPS被越来越突出为可以解释染色质结构和功能的关键方面的一个概念8-12。Gallego等。结果表明，在试管中进行的反应中，Lge1经历LLPS形成冷凝物。该过程是由蛋白质的IDR驱动的，特别是由粘着区域的酪氨酸残基驱动的。作者在将Bre1添加到试管中时观察到一个奇怪的现象：Lge1充当支架，Bre1在其周围形成壳，限制了冷凝液的生长。Bre1的存在还导致Rad6和核小体阵列（染色质的结构单元由缠绕在八个组蛋白周围的DNA组成）的瞬时积累在壳中。Rad6和核小体随后均匀地分布在整个冷凝物中。因此，Lge1和Bre1“”形成核壳冷凝物，充当反应室，捕获泛素化机制及其底物H2B在核小体中。其中一个研究LLPS的挑战是测试产生的想法在体外和通过建模，在活细胞13，14。这主要是因为具有IDR的蛋白质不适合进行结构研究，并且冷凝物可能太小且动态，无法在生理条件下轻易观察到。Gallego及其同事在体外和酵母细胞中使用互补方法，为体内反应室的存在提供了证据。首先，通过分析细胞提取物中的蛋白质沉淀，研究小组表明Lge1形成了可以捕获Bre1的大复合物。随后，他们用荧光蛋白片段标记Lge1和Bre1，以使用显微镜观察细胞中两种蛋白之间的相互作用。蛋白质形成浓缩的簇，与LLPS一致。最后，作者提供的证据表明，核-壳结构可提高H2B在体外和细胞中泛素化的效率，而H2B泛素化主要影响正在进行主动转录的基因序列。他们的工作提供了一个令人兴奋的模型来描述修饰核小体的环境。这项研究对染色质组织和调控的基本概念有什么启示？Lge1-Bre1冷凝物不同于已知的LLPS冷凝物，因为它不仅涉及相分离的结构，而且还涉及酶促活性的蛋白质壳。LLPS反应室的蛋白质组成可以调节其自身大小，并可以控制Bre1，Rad6和核小体进入冷凝液的速率。当该反应室捕获核小体阵列时，可以很好地促进连续修饰多个核小体，产生H2Bub结构域（图1）。WAC蛋白是人类Lge1的对应物。在WAC突变已与神经发育障碍15，16，并有新的证据，在LLPS的改变与人类疾病有关的7。Gallego及其同事表明，WAC还具有IDR，并且可以部分发挥Lge1在酵母中的作用。他们的数据表明异常的核壳区室化可能在疾病中起作用。蛋白质可以凝结到反应室内的想法提出了几个问题。例如，Lge1-Bre1缩合物如何影响染色质组织和修饰的其他机制，以及它们如何靶向经历主动转录的基因组区域？可能是基因主体中的核小体（与其他染色体区域具有不同的核小体堆积和染色质修饰模式）是缩合物的首选底物。另一个可能性是转录机制促进了这些基因体核小体靶向核-壳冷凝物。这是因为RNA聚合酶II具有重复的羧基末端结构域，该结构域也可以经历LLPS17。类似地，研究人员现在将要问反应室是否会使核小体阵列解聚，以使其他不属于冷凝液的染色质修饰酶得以进入，以及一旦染色质被泛素化，这些反应室是否会溶解。另一个重要的考虑因素是在拥挤的核环境中其他大分子如何与Lge1-Bre1冷凝物共组装。H2B泛素化促进酶DOT1，SET1和SET2，其中添加甲基组蛋白的活性4，18-这是否串扰也冷凝液内发生？Dot1...