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11月24日，中國科學院生物物理研究所許瑞明團隊在Genes & Development上，線上發表了題為Distinct histone H3-H4 binding modes of sNASP reveal the basis for cooperation and competition of histone chaperones的研究論文。該研究揭示了組蛋白伴侶sNASP-ASF1結合組蛋白H3-H4的協同與競爭機制，為闡釋組蛋白H3-H4的結合模式及其在組蛋白伴侶網路間的傳遞提供了新視角。
組蛋白伴侶作為調控染色質組裝的重要因子，與真核細胞表觀遺傳資訊的提取與傳遞緊密相關，其功能異常會影響染色質正確組裝，進而影響DNA複製與基因轉錄、基因組穩定和細胞重程式設計等生物學過程。此前，科研團隊解析了組蛋白伴侶HJURP特異性識別著絲粒區組蛋白變體CENP-A的結構機理（Genes & Development，2011）；揭示了組蛋白變體H3.3被其伴侶蛋白DAXX精確識別的結構基礎（NSMB，2012），闡明瞭Asf1調控組蛋白乙醯化修飾的分子機制（Cell，2018）。然而，關於另一類伴侶蛋白sNASP如何在細胞中結合和儲存組蛋白H3-H4以及組蛋白H3-H4如何在伴侶網路中接力傳遞，其分子機制尚不清楚。這一成果是在該研究方向的重要進展。
該研究發現了人源組蛋白伴侶sNASP在體外同時存在單體和二聚體兩種形式，並解析了sNASP TPR結構域二聚體2.9Å的晶體結構。該結構顯示sNASP的TPR4 motif中的α8和Coiled-Coil domain（α9）形成一個超長螺旋αC，介導了sNASP二聚體的形成（圖A）。αC不參與結合組蛋白H3-H4，但缺少該段結構域，將嚴重影響核小體的組裝。研究團隊解析了sNASP-ASF1-H3-H4四元複合物3.0Å的晶體結構，複合物結構顯示sNASP以單體形式存在於複合物中，介導sNASP二聚體形成的超長螺旋αC不再與鄰近分子配對，而是一分為二（α8和α9），並以180度大轉彎折回與自身配對；ASF1透過底物組蛋白H3-H4作為媒介，與sNASP間接作用；sNASP與組蛋白H3-H4之間的相互作用位點主要有兩處——H3的N端尾巴中的αN和H4的C端尾巴（圖B）。結合體外生化實驗和體內細胞熒光共定位技術發現，在ASF1存在的情況下，H3的N端尾巴對於sNASP的結合至關重要。H4的C端尾巴對sNASP的相互作用只起到輔助作用，但當缺少H4的C端尾巴時，ASF1將被踢出去，形成sNASP-H3-H4三元複合物。這提示H4的C端尾巴可以介導組蛋白H3-H4在sNASP-ASF1之間的傳遞。此外，研究還發現，在沒有ASF1的情況下，sNASP以全新的方式結合組蛋白H3-H4。此時的組蛋白H3-H4主要透過其核心區域與sNASP的TPR4 motif以及位於TPR2 motif中間的酸性loop區域存在相互作用。根據論文實驗結果並結合先前研究，科研人員提出了組蛋白H3-H4在伴侶網路中接力傳遞的模式圖（圖C）。該圖全面展示了細胞質中新合成的組蛋白H3-H4透過一系列伴侶蛋白的接力傳遞，最終進入細胞核進行染色質組裝的途徑。
研究工作得到國家自然科學基金委員會、國家重點研發計劃、中科院戰略性先導科技專項和中科院青年創新促進會的資助。安徽大學科研人員亦對本論文做出貢獻。
來源：中國科學院
