Nature：我国科学家揭示人类PR-DUB在核小体背景下特异性清除H2AK119ub1的机制

在一项新的研究中，来自中国科学院、中国科学院大学和中国科技大学的研究人员首次报告了结合在含有单泛素化H2AK119（H2AK119ub1）的染色小体（chromatosome）颗粒上的人类多梳抑制性去泛素酶（Polycomb repressive deubiquitinase, PR-DUB）复合物的高分辨率低温电镜结构，揭示了PR-DUB在核小体或染色体背景下特异性清除H2AK119ub1的机制。相关研究结果发表在2023年4月6日的Nature期刊上，论文标题为“Basis of the H2AK119 specificity of the Polycomb repressive deubiquitinase”。论文通讯作者为中国科学院生物物理研究所研究员许瑞明（Xu Ruiming）和朱冰（Zhu Bing）。

人类PR-DUB复合物由泛素C末端水解酶BAP1和三种ASXL蛋白（ASXL1、ASXL2和ASXL 3）之一组成。BAP1也是一种肿瘤抑制因子，在许多癌症中经常发生突变，ASXL蛋白突变与白血病的类型有关。

尽管果蝇PR-DUB复合物的晶体结构以前已经被报道过，但是这种解析出的PR-DUB复合物结构缺乏泛素化核小体底物。这一不足严重限制了人们对PR-DUB在核小体背景下特异性去除H2AK119ub1的分子机制的理解。

许说，“因此，我们确定了PR-DUB与染色小体结合在一起时的低温电镜结构，发现位于带正电荷的BAP1 C末端延伸部分（C-terminal extension, CTE）上的氨基酸残基699-706形成了一个手指状结构。它与组蛋白H3-H4和核小体二分位点（nucleosome dyad）附近的DNA相互作用。”

这些作者在BAP1的催化结构域中找到了一个高度保守的序列基序：RRSRR，它横跨核小体酸性口袋（acidic patch）附近的残基56-60。这种双齿结合模式稳定了BAP1和核小体之间的相互作用。

ASXL1亚基与BAP1一起形成一个完整的泛素结合口袋。此外，ASXL1和BAP1之间的相互作用指导BAP1 CTE进行正确的核小体结合。

特异性去除核小体H2AK119泛素化的结构基础。图片来自Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-05841-y。

在这种结合模式下，BAP1的活性位点远离核小体上传统的H2AK119位置，H2A C末端尾巴发生了巨大的构象变化，将H2AK119-泛素异肽键置于BAP1的催化活性位点以便进行水解。这种观察到的结构特征清楚地说明了PR-DUB的核小体H2AK119特异性。

此外，这些作者通过对PR-DUB和核小体之间的接口处的关键残基进行诱变和体外及体内去泛素化酶试验，验证了上面的结构观察结果，并阐明了ASXL1截短突变体在调节BAP1酶活性方面的作用。

这项新的研究揭示了这种特殊的核小体结合模式和核小体中H2A泛素化C末端尾巴的巨大构象变化，从而揭示了PR-DUB对核小体H2AK119ub1的特异性的结构基础。

许说，“这一新见解大大扩展了对调控核小体H2A去泛素化的分子机制的理解，这一知识也应该有利于对BAP1和ASXL突变的肿瘤发生效应的理解和相关药物的开发。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

1. Weiran Ge et al. Basis of the H2AK119 specificity of the Polycomb repressive deubiquitinase. Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-05841-y.

2. How Polycomb repressive deubiquitinase specifically removes H2AK119 ubiquitination on nucleosome

https://phys.org/news/2023-03-polycomb-repressive-deubiquitinase-specifically-h2ak119.html