Структурно-динамическое исследование гистона H2B в лунке

Биология связи, том 6, Номер статьи: 672 (2023) Цитировать эту статью

985 Доступов

4 Альтметрика

Подробности о метриках

Димер H2A-H2B является ключевым компонентом нуклеосом и важным игроком в биологии хроматина. Здесь мы охарактеризовали структуру и динамику H2B в осажденных ядерных частицах нуклеосом (NCP) с физиологически значимой концентрацией с помощью твердотельного ЯМР. Наше недавнее исследование тетрамера H3-H4 определило его уникальные динамические свойства, а настоящая работа обеспечивает более глубокое понимание ранее наблюдавшихся динамических сетей в NCP, которые потенциально функционально значимы. Для H2B R30-A121 были получены почти полные распределения 13C, 15N, что позволяет извлечь беспрецедентно подробную структурную и специфичную для аминокислот динамику. Полученная структура H2B в хорошо гидратированном образце NCP хорошо согласуется со структурой рентгеновских кристаллов. Динамика в различных временных масштабах была определена полуколичественно для H2B с учетом особенностей конкретного места. В частности, более высокая миллисекундно-микросекундная динамика наблюдается для основных областей H2B, включая частичные α1, L1, частичные α2 и частичные L3. Анализ этих регионов в контексте третичной структуры выявляет кластеризацию динамических остатков. В целом, эта работа заполняет пробел в полном резонансном распределении всех четырех гистонов в нуклеосомах и показывает, что динамические сети в NCP распространяются на H2B, что предполагает потенциальный механизм соединения ядра гистонов с удаленной ДНК для модуляции активности ДНК.

Дискообразная коровая частица нуклеосомы (NCP) служит основной единицей хроматина и организована ДНК, обернутой вокруг октамера гистонов, который представляет собой комплекс белков гистонов H2A, H2B, H3 и H41,2,3,4, который соединяется линкерной ДНК с образованием хроматина. Октамер гистонов обеспечивает стабильную платформу и в то же время сохраняет пластичность для поддержки регуляции ДНК. Модуляция активности ДНК достигается с помощью различных механизмов, включая посттрансляционные модификации (ПТМ)5,6,7,8, включение вариантов гистонов9,10 и взаимодействие с эффекторными белками11,12. Благодаря недавним достижениям в методах структурной биологии были недавно решены существенные структуры нуклеосом и нуклеосомно-белковых комплексов с атомным разрешением, что расширяет наше понимание регуляции генов1,13,14,15,16. Кроме того, динамика нуклеосом и субнуклеосом признана важной для биологии хроматина17,18,19,20. Хроматин представляет собой высокодинамическую систему как на микромасштабном, так и на мезомасштабном уровнях, которая хорошо модулируется факторами регуляции для поддержания клеточного гомеостаза17,19. Недавние исследования с помощью ЯМР, МД и FRET сообщили о микромасштабной динамике с высоким пространственным и временным разрешением для нуклеосом18,21,22,23,24,25,26,27, выявляя функциональные динамические особенности гистонов и ДНК в комплексах. Кроме того, явления фазового разделения исследовались в хроматине на протяжении многих десятилетий28,29,30, а недавно поведение фазового разделения хроматина жидкость-жидкость привлекло большое внимание, поскольку оно потенциально описывает новые механизмы регуляции ДНК, хотя противоречивые результаты in vivo и in vitro были получены для этого биофизического свойства31,32,33, ожидающие дальнейшего исследования. ЯМР твердого тела (SSNMR) недавно появился как один из методов высокого разрешения, который способен прояснить динамику и конформационную сборку в биологии хроматина22,34,35,36,37. Например, исследование SSNMR массивов нуклеосом, несущих монометилирование гистона H4 aa K20 (H4K20me1), показывает, что этот PTM усиливает динамику гистонов и уменьшает уплотнение массивов нуклеосом, что объясняет его обилие в активных областях транскрипции38. Наше предыдущее исследование динамики нуклеосом выявило существование динамических сетей в тетрамере H3-H4, образованных рядом остатков39. Эти сети обеспечивают связь между центральными областями гистонов с ДНК и могут передавать эпигенетические сигналы от центральных областей к удаленным участкам ДНК. Подобная функциональная динамика нуклеосом недавно была обнаружена в исследовании MD, проводившем 15-микросекундное моделирование NCP23. Существование динамических сетей также подтверждается исследованием ЯМР в состоянии раствора NCP, несущих сайты ацетилирования в N-хвостах H3 и H440. Однако димер H2A-H2B является еще одним ключевым компонентом в биологии хроматина, и полная картина его динамических свойств в ядре нуклеосомы до сих пор отсутствует. Открытие функционально-динамических свойств тетрамера H3-H4 в нуклеосомах побуждает нас к дальнейшей характеристике гистонов H2A и H2B в гистоновом октамерном ядре нуклеосомы, что предоставит недостающую информацию о функциональной динамике нуклеосом.