摘要
真核生物中的脱氧核糖核酸包裹在组蛋白八聚体上形成核小体1是染色质的基本单位。组蛋白H4的N端与附近的核小体相互作用，在高阶染色质结构的形成和异染色质沉默中起重要作用2，3.，4．酵母中的NuA4及其在哺乳动物细胞中的同源物Tip60复合物是催化H4乙酰化的关键酶，后者反过来调节染色质包装和转录激活和DNA修复的功能5，6，7，8，9，10．在这里，我们报道了来自NuA4的冷冻电子显微镜结构酿酒酵母与核小体结合。NuA4包括两个主要模块:催化组蛋白乙酰转移酶(HAT)模块和转录激活剂结合(TRA)模块。核小体主要由HAT模块结合，并位于TRA模块的多基表面附近，这对于NuA4的最佳活性非常重要。携带上游激活序列的核小体连接子DNA指向Tra1亚基的保守的转录激活子结合表面，这表明NuA4作为转录共激活子的潜在机制。HAT模块通过H2A-H2B酸性斑块和核小体DNA识别核小体的盘面，将Esa1的催化袋投射到H4的n端尾部，并支持其在H4选择性乙酰化中的功能。总之，我们的发现说明了NuA4是如何组装的，并为HAT的核小体识别和转录共激活提供了机制见解。
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参考文献
Luger, K.， Mader, A. W.， Richmond, R. K.， Sargent, D. F. & Richmond, T. J. 2.8 A分辨率下核小体核心粒子的晶体结构。自然389， 251-260(1997)。
Kayne, p.s.等人。极端保守的组蛋白h4n末端对于生长是可有可无的，但对于抑制酵母中沉默的交配位点是必不可少的。细胞55， 27-39(1988)。
Dorigo, B.， Schalch, T.， Bystricky, K. & Richmond, T. J.染色质纤维折叠:组蛋白H4 n端尾部的要求。J. Mol.生物学。327， 85-96(2003)。
Shogren-Knaak, M.等人。组蛋白H4-K16乙酰化控制染色质结构和蛋白质相互作用。科学311， 844-847(2006)。
Allard, S.等。NuA4是一种必需的转录适配器/组蛋白H4乙酰转移酶复合物，包含Esa1p和atm相关辅因子Tra1p。EMBO J。18， 5108-5119(1999)。
伯德，a.w.等。组蛋白H4被Esa1乙酰化是DNA双链断裂修复的必要条件。自然419， 411-415(2002)。
Babiarz, J. E, Halley, J. E. & Rine, J.端粒异染色质边界需要nua4依赖的组蛋白变体H2A乙酰化。Z在酿酒酵母．Dev的基因。20.， 700-710(2006)。
杜兰特，M. & Pugh, B. F. nua4定向染色质交易贯穿整个酿酒酵母基因组。摩尔。细胞。医学杂志。27， 5327-5335(2007)。
Bruzzone, M. J.， Grunberg, S.， Kubik, S.， Zentner, g.e. & Shore, D.酵母蛋白编码基因组蛋白乙酰转移酶和介质部署的独特模式。Dev的基因。32， 1252-1265(2018)。
Dhar, S, Gursoy-Yuzugullu, O, Parasuram, R. & Price, B. D.尾巴的故事:组蛋白H4乙酰化和DNA断裂的修复。费罗斯。反式。r . Soc。Lond。B杂志。科学。372， 20160284(2017)。
Doyon, Y. & Cote, J.高度保守和多功能的NuA4 HAT配合物。咕咕叫。当今。麝猫。Dev。14， 147-154(2004)。
李，K. K.和Workman, J. L.组蛋白乙酰转移酶复合物:一个尺寸不适合所有。Nat. Rev. Mol. Cell。医学杂志。8， 284-295(2007)。
张，a.c.m. & Diaz-Santin, l.m.分享和分享相似:Tra1在SAGA和NuA4共激活复合物中的作用。转录10， 37-43(2019)。
Boudreault, a.a.等人。酵母增强子的polycomb定义全局的esa1依赖的乙酰化染色质。Dev的基因。17， 1415-1428(2003)。
徐，P.等。NuA4核心复合物通过双重识别机制乙酰化核小体组蛋白H4。摩尔。细胞63， 965-975(2016)。
吉图鲁，J. R.等。酵母NuA4和Piccolo-NuA4组蛋白乙酰转移酶复合物的结构和核小体相互作用。Nat。结构。摩尔。杂志。18， 1196-1203(2011)。
王晓霞，Ahmad, S.， Zhang, Z.， Cote, J. &蔡国强酿酒酵母NuA4 / TIP60复杂。Commun Nat。9， 1147(2018)。
Setiaputra, D.等。酵母必需组蛋白乙酰转移酶复合物NuA4的分子结构重新定义了它的多模性。摩尔。细胞。医学杂志。38， e00570-17(2018)。
王，H.等。转录辅激活子SAGA的结构。自然577， 717-720(2020)。
吴军，谢宁，吴志军，张勇，郑永刚，张勇。MYST HATs Esa1和Tip60双底物抑制剂的研究。Bioorg。地中海,化学。17， 1381-1386(2009)。
袁，H.等。MYST蛋白乙酰转移酶的活性需要活性位点赖氨酸自乙酰化。EMBO J。31， 58-70(2012)。
孙，B.等。相互作用的分子基础酿酒酵母Eaf3色域与H3K36甲基化。生物。化学。283， 36504-36512(2008)。
徐超，崔刚，波图燕，M. V.， Mer . G.组蛋白去乙酰化酶复合物Rpd3S Eaf3亚基识别甲基化组蛋白H3K36的结构基础。结构16， 1740-1750(2008)。
罗塞托，D.等人。Eaf5/7/3形成一个功能独立的NuA4子模块，与RNA聚合酶ii偶联的核小体循环相连。EMBO J。33， 1397-1415(2014)。
林玲，张伯伦，朱丽娟，格林。利用Tra1突变体选择性地与Gal4相互作用缺陷分析Gal4定向转录激活。国家科学院学报美国109， 1997-2002(2012)。
Knutson, B. A. & Hahn, S. Tra1结构域对SAGA和NuA4复合物激活子招募和转录辅激活子功能的重要作用。摩尔。细胞。医学杂志。31， 818-831(2011)。
布朗，C. E.等。活化物与atm相关的Tra1亚基直接相互作用招募HAT复合物。科学292， 2333-2337(2001)。
Elias-Villalobos, A, Toullec, D, Faux, C, Seveno, M. & Helmlinger, D.伴侣介导的酵母中SAGA和NuA4转录共激活子复合物的有序组装。Commun Nat。10， 5237(2019)。
奥格，A.等人。Eaf1是NuA4分子组装的平台，从进化上将染色质乙酰化与组蛋白H2A变体的atp依赖交换联系起来。摩尔。细胞。医学杂志。28， 2257-2270(2008)。
Bittner, C. B.， Zeisig, D. T.， Zeisig, B. B. & Slany, R. K. NuA4复合物Yaf9p和Swc4p的直接物理和功能相互作用。Eukaryot。细胞3.， 976-983(2004)。
克莱恩，B. J.等。NuA4和SWR1复合物的Yaf9亚基通过其YEATS结构域靶向组蛋白H3K27ac。核酸测定。46， 421-430(2018)。
米切尔，L.等。对NuA4组蛋白乙酰转移酶的功能解剖揭示了其作为遗传中枢的作用，并且Eaf1对复合物的完整性至关重要。摩尔。细胞。医学杂志。28， 2244-2256(2008)。
唐斯，J. A.等。染色质修饰活性与DNA损伤位点磷酸化组蛋白H2A结合。摩尔。细胞16， 979-990(2004)。
Turegun, B.， Kast, D. J. & Dominguez, R.亚基Rtt102控制Arp7/9异源二聚体的构象及其与核苷酸和SWI/SNF重塑的催化亚基的相互作用。生物。化学。288， 35758-35768(2013)。
舒伯特，h.l.等人。SWI/SNF染色质重塑体的肌动蛋白相关亚复合物的结构。国家科学院学报美国110， 3345-3350(2013)。
黄，J. & Tan, S. Piccolo nua4催化的核小体组蛋白乙酰化:Esa1 Tudor/chromo barrel环和polycomb A (EPcA)碱基区Epl1增强子的关键作用。摩尔。细胞。医学杂志。33， 159-169(2013)。
巴贝拉，A. J.等。核小体表面作为卡波济肉瘤疱疹病毒LANA的停靠站。科学311， 856-861(2006)。
Steunou, A. L.等人。组蛋白读取器模块的联合作用可调节NuA4局部乙酰转移酶功能，但不影响其在基因组上的募集。摩尔。细胞。医学杂志。36， 2768-2781(2016)。
Ashkenazy, H.等人。ConSurf 2016:一种改进的方法，用于估计和可视化大分子中的进化守恒。核酸测定。44， w344-350(2016)。
Gietz, R. D. & Schiestl, R. H.利用LiAc/SS载体DNA/PEG方法进行高效酵母转化。Protoc Nat。2， 31-34(2007)。
斯塔克，H. GraFix:稳定脆弱的大分子配合物单粒子冷冻- em。Enzymol方法。481， 109-126(2010)。
西蒙，医学博士等人。甲基赖氨酸类似物在重组组蛋白中的定点安装。细胞128， 1003-1012(2007)。
道森，P. E.，缪尔，T. W.，克拉克-刘易斯，I. &肯特，S. B.通过天然化学连接合成蛋白质。科学266， 776-779(1994)。
李，Y. t。半合成Atg3表明乙酰化促进Atg3膜结合和Atg8脂化。Commun Nat。8， 14846(2017)。
戴尔，P. N.等。重组组蛋白和DNA重组核小体核心粒子。Enzymol方法。375， 23-44(2004)。
minminell, J. A. & Grigorieff, N.在电子显微镜中准确测定局部离焦和标本倾斜。j . Struct。医学杂志。142， 334-347(2003)。
在EMAN中使用单粒子分析的大分子三维结构。方法分子生物学。673， 157-173(2010)。
Scheres, S. H. RELION:实现贝叶斯方法来确定低温em结构。j . Struct。医学杂志。180， 519-530(2012)。
弗兰克，J.等。蜘蛛和WEB:三维电子显微镜及相关领域的图像处理和可视化。j . Struct。医学杂志。116， 190-199(1996)。
Lei J. & Frank, J.在FEI Tecnai电子显微镜上单粒子重建的自动获取冷冻电子显微照片。j . Struct。医学杂志。150， 69-80(2005)。
郑世强等。MotionCor2:改进冷冻电子显微镜光束诱导运动的各向异性校正。Nat方法。14， 331-332(2017)。
Rohou, A. & Grigorieff, N. CTFFIND4:快速准确的电子显微图像离焦估计。j . Struct。医学杂志。192， 216-221(2015)。
Nakane, T.， Kimanius, D.， Lindahl, E. & Scheres, s.h.通过RELION中的多体细化来表征低温em单粒子数据中的分子运动。eLife7， e36861(2018)。
李晓霞，郑寿，Agard, d.a.a，程勇。UCSFImage低温成像剂量分置图像的异步数据采集与实时分析。j . Struct。医学杂志。192， 174-178(2015)。
Diaz-Santin, L. M, Lukoyanova, N.， Aciyan, E. &张，a.c . SAGA和NuA4共激活子亚基Tra1在3.7埃分辨率下的Cryo-EM结构。eLife6， e28384(2017)。
Afonine, P. V.等。利用phenix.refine实现晶体结构的自动化优化。Acta Crystallogr。D杂志。Crystallogr。68， 352-367(2012)。
是的，Y.等。与核小体结合的RSC复合物的结构。科学366， 838-843(2019)。
Graham, M.， Combe, C. W.， Kolbowski, L. & Rappsilber, J. xiView:交联质谱数据下游分析的公共平台。预印在bioRxivhttps://doi.org/10.1101/561829(2019)。
彼得森，E. F.等人。UCSF ChimeraX:为研究人员、教育工作者和开发人员提供结构可视化。蛋白质科学。30.， 70-82(2021)。
确认
我们感谢s - c。Cheng(中国科学院分子生物学研究所)和中国国家蛋白质科学中心清华大学分校(北京)提供了冷冻电镜设备。国家重点研发计划(no. 1)资助。2019YFA0508902 - Z.C)，国家自然科学基金(32130016和31825016 - Z.C)，北京生物结构前沿研究中心，北京结构生物学先进创新中心，清华-北京生命科学联合中心。
作者信息
作者及隶属关系
贡献
K.Q.准备样品并进行生化分析。kq和kc建立了原子模型。K.C.、K.Q.、H.W.和X.L.进行电磁分析。Z.C.在所有作者的帮助下完成了手稿。z。c。指导和监督了所有的研究。
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道德声明
相互竞争的利益
作者声明没有利益竞争。
同行评审
同行评审信息
自然感谢匿名审稿人对本工作的同行评议所作的贡献。
额外的信息
出版商的注意施普林格自然对出版的地图和机构从属关系中的管辖权主张保持中立。
扩展的数据图形和表格
图1 NuA4的生化特性和CL-MS检测的交联数据。
（一个)内源性NuA4复合物的制备酿酒酵母．SDS-PAGE凝胶用考马斯亮染色。加载了更多的WT复合体样品，以显示右侧面板上的弱带。共制备了10多批样品，其中具有代表性的两批如下图所示。（b)在Gal4-VP16缺失和存在的情况下，NuA4相对于核小体的HAT活性。Gal4结合位点(UAS)被放置在核小体的不同位置(UAS- 0n20, UAS- 10n20和UAS- 20n20)，不相关序列作为对照(con-20N20)。Western blotting检测H4乙酰化。一个代表性的凝胶显示在顶部，定量在底部。活性恢复到Gal4-VP16缺失时的水平。进行了两次技术重复。（c)交联数据概述。NuA4-NCP配合物质谱高置信赖氨酸-赖氨酸亚基间交联的圆形图。（d)映射到NuA4-NCP结构上的有效交联。蓝线，与BS3允许的30 Å距离内的交联站点的链内交联;绿线表示链间交联，而红线表示超过30个Å的交联。下图显示了交联距离的分布。一条垂直线表示30 Å处的截止点，该距离被认为是BS3交联的合理距离。（e)独立批次WT和DM突变体NuA4的相对HAT活性与图中不同。2 f．进行了4个技术重复。
图2在Gal4-VP16不存在和存在情况下NuA4-NCP复合物的Cryo-EM分析。
（一个) NuA4+NCP的代表性阴性染色图像(上)、低温电镜图像(中)、二维分类(下)。（b) NuA4+NCP数据集低温电镜数据处理流程图。（cNuA4+NCP+Gal4-VP16的代表性阴性染色图像(上)、低温电镜图像(中)、二维分类(下)。（d) NuA4+NCP+Gal4-VP16数据集低温电镜数据处理流程图。
图3修饰组蛋白的化学和质谱分析。
(a) Lys16位点CMC修饰组蛋白H4化学半合成示意图。(b) cmc修饰H4的质谱鉴定(预期质量为11092.57 Da)。(c)质谱鉴定H3KC36me3修饰的H3(预期质量为15299.76 Da)。
图4在Gal4-VP16和组蛋白修饰核小体存在下NuA4-NCP复合物的冷冻电镜分析。
（一个)结合H4-和h3修饰核小体的NuA4+Gal4-VP16的代表性阴性染色图像(左图)、低温电镜图像(中图)和二维分类(右图)。（b)结合H4-和h3修饰核小体的NuA4+Gal4-VP16数据集的冷冻- em数据处理流程图。（c - d)在屏蔽数据集的最后一轮优化和TRA模块局部分辨率的估计中，cryo-EM粒子的角分布(c)和核小体结合的HAT模块(d)．（e)金标准傅里叶壳层相关(FSC)曲线显示，具有较长连接子DNA的NCP-HAT、核小体结合的HAT模块、TRA模块、与精氨酸锚(RAs)结合的NCP、ARP子模块、与Eaf1/Eaf2/Epl1结合的Tra1头部的总体名义分辨率分别为6.7 Å、3.4 Å、3.1 Å、2.8 Å、2.7 Å和2.7 Å。
图5 nua4 -核小体复合体局部密度图。
（一个) TRA模块的局部低温电子显微镜图。PBL，多碱基环。（bHAT模块与核小体结合的局部低温em图。核小体中心位置的四个连续碱基对的EM密度显示在左侧。
图6 eaf2样蛋白的多序列比对。
保守残差用“*”表示。二级结构作业是基于Eaf2的结构。
图7 epl1样蛋白的多个序列比对。
保守残差用“*”表示。二级结构布置以Epl1的结构为基础。
图8 eaf1样蛋白的多序列比对。
保守残差用“*”表示。二级结构布置是基于Eaf1的结构。
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曲凯，陈凯，王浩，王浩。et al。与核小体结合的NuA4乙酰转移酶复合物的结构。自然610， 569-574(2022)。https://doi.org/10.1038/s41586-022-05303-x
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