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组蛋白H2B单泛素化在染色质转录过程中起重要作用。RINGtype E3连接酶(酵母Bre1或人RNF20/RNF40)和E2泛素偶联酶(酵母Rad6或人hRAD6A)一起精确地将泛素沉积在酵母的H2B K123或人的K120上。

2023年8月25日，清华大学刘磊团队在Molecular Cell 在线发表题为“Mechanistic insights into nucleosomal H2B monoubiquitylation mediated by yeast Bre1-Rad6 and its human homolog RNF20/RNF40-hRAD6A”的研究论文，该研究开发了一种化学捕获策略，并成功捕获了Bre1-或RNF20/ RNF40介导的泛素从Rad6或hRAD6A转移到核小体H2B的瞬时结构。

结果表明，Bre1和RNF40直接结合核小体DNA，从酵母到人类，显示出保守的E3/E2/核小体相互作用模式，用于H2B单双基化。作者还在Bre1 RING-Rad6界面中发现了一个非规范的非疏水接触，该接触将Rad6直接置于目标H2B赖氨酸残基的上方。该研究为H2B的位点特异性单泛素化提供了机制见解，揭示了核小体DNA在介导E3连接酶识别中的关键作用，并为理解RNF20/RNF40的癌症驱动突变提供了框架。

作为表观遗传修饰的标志，H2B单酚化(H2Bub；在酵母中的K123或哺乳动物中的K120上修饰)，于1980年首次发现，在调节各种核过程中起重要作用，包括基因转录激活、高阶染色质组织和DNA损伤反应。为了发挥其作用，H2Bub抑制核小体阵列折叠和纤维间寡聚化以调节染色质的可及性和稳定性，或募集特异性效应蛋白介导染色质相关活动，如混合谱系白血病(MLL)复合体与H3K4甲基化的组蛋白串扰和Dot1L甲基转移酶对H3K79的甲基化。 H2Bub水平失调已被证明影响细胞分化和发育，并与多种疾病密切相关；例如，在全球范围内，大约70%的原发性乳腺癌和结直肠癌患者中观察到H2Bub水平降低。H2Bub的细胞水平受到精确和动态的调节，以维持细胞的特性，并依赖于泛素修饰酶(酵母中的Bre1-Rad6，人类中的RNF20/RNF40-hRAD6A)和去泛素化酶(酵母中的Ubp8和Ubp10和哺乳动物中的USP22和其他)安装泛素(Ub)的平衡活性。最近对含有Ubp8的Spt-Ada-Gcn5乙酰转移酶(SAGA)去泛素化模块的结构研究揭示了它通过识别核小体核心颗粒(NCP)中的H2A-H2B酸性斑块、H2B C端螺旋和Ub来切除H2Bub的机制。然而，尽管有多项研究，Bre1-Rad6或其人类同源物RNF20/RNF40-hRAD6协调H2B位点特异性单素化的机制仍不清楚。

机理模式图（图源自Molecular Cell ）长期以来，对H2B上位点特异性泛素化的结构机制的阐明一直受到对这一独特泛素化事件至关重要的瞬时和动态蛋白质复合物的捕捉挑战的阻碍。该研究开发了一种化学捕获策略，整合了机制启发的偶联和分裂-内嵌剪接技术，并成功捕获了Bre1-或RNF20/ RNF40介导的Ub从Rad6或hRAD6A转移到核小体H2B的瞬时结构，分别为3.44或3.02Å。在与核小体结合的Bre1-Rad6的结构中，在Bre1 R675残基和Rad6 T97-P98-T99（TPT）基序之间鉴定出非规范的非疏水相互作用，其将Rad6直接定位在目标H2B赖氨酸残基上方。对于Bre1或RNF20/RNF40与核小体之间的界面，令人惊讶地发现，Bre1和RNF20/RNF40不仅识别H2A-H2B酸性斑块，而且通过其二聚体的保守精氨酸锚定位点(非常有趣的新基因(RING)结构域)识别核小体超螺旋位置6.6 (SHL6.6) DNA。该研究揭示了核小体DNA在介导E3连接酶识别H2Bub中的关键作用，并为理解人类RNF20/RNF40的癌症驱动突变建立了框架。原文链接：https://www.cell.com/molecular-cell/fulltext/S1097-2765(23)00607-X