中國科大等揭示NuA4/Tip60複合體組裝和調控機制

近日，中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家研究中心教授蔡剛課題組與加拿大拉瓦爾大學癌症研究中心教授Jacques C?té課題組等合作，解析了來源於釀酒酵母的乙醯轉移酶NuA4/Tip60複合體的4.7埃解析度的冷凍電鏡結構，清晰描繪了亞基間的相互作用界面，揭示了NuA4/Tip60組裝和調控的機制。

NuA4/TIP60複合體是進化中非常保守和必需的多亞基複合體，具有乙醯化組蛋白H4/H2A和激活轉錄的能力，廣泛參與了基因轉錄激活、DNA損傷修復、細胞周期等重要的細胞生理過程。除組蛋白底物外，NuA4/TIP60能乙醯化包括p53和眾多轉錄因子在內的250多種非組蛋白底物，關鍵性地調控新陳代謝、自噬和細胞穩態、幹細胞的維持和更新。人類催化亞基Tip60與其他幾個NuA4/TIP60亞基包括TRRAP的突變，與多種癌症，如結腸癌、乳腺癌和前列腺腫瘤的腫瘤發生密切關聯。

NuA4/TIP60複合體包含數十個蛋白質亞基，並與幾種染色質重塑複合體（SWR1、INO80和人類SWI/SNF）或組蛋白修飾複合體（SAGA HAT和Rpd3S HDAC）共享六個亞基。受限於NuA4/TIP60複合體高度的組成複雜性和構象多變性，傳統的分析手段難以達到足夠精度，對NuA4/TIP60複雜裝配及其調控機制的理解受到了嚴重阻礙。

蔡剛課題組利用冷凍電鏡，解析了4.7埃解析度的NuA4/TIP60複合體TEEAA亞複合物（包含Tra1、Eaf1、Eaf5、Actin和Arp4亞基）和7.6埃解析度的TEEAA-piccolo NuA4亞複合物（包含Tra1、Eaf1、Eaf5、Actin、Arp4、Esa1、Epl1、Yng2和Eaf6亞基）的高解析度結構，清晰揭示了NuA4/Tip60的組裝及其調節界面：複合體最大的Tra1/TRRAP亞基（約430kDa）與Eaf1一起用作NuA4裝配的支架。其中，Actin/Arp4模塊位於外圍區域，與Eaf1 HSA結構域相關聯。Eaf1 SANT結構域通過離子相互作用緊密結合Tra1/TRRAP的LBE和FATC結構域。Eaf5/7/3（TINTIN）和Piccolo模塊主要結合在Tra1的FAT和HEAT重複區域，同時分別與Eaf1 N-末端和HSA區域相互作用。

該研究發現，儘管Tra1/TRRAP是缺乏激酶活性的「假激酶」，但它在NuA4/TIP60複合體中採取類似激活態激酶結構域的構象，介導了其他亞基的組裝。研究首次鑒定出與癌症直接相關的TRRAP突變聚集在NuA4/TIP60組裝界面上，該界面同時是多種翻譯後修飾重要調控的熱點，闡明了NuA4/TIP60複合體的組裝及其精細調控具有重要的生理意義，有助於進一步了解相關癌症發生的機制和精準標誌物的建立。Tra1/TRRAP的作用機制。同時表明，在細胞全局性穩態調控中發揮核心作用的同激酶家族的其他成員（ATM、ATR、DNA-PKcs、mTOR、SMG1），很可能具有獨立於其激酶活性之外介導重要複合物組裝的「腳手架」的功能。

上述研究表明，NuA4/TIP60在幾種多發癌症（例如乳腺癌和前列腺癌）中顯著下調，因此其抑製劑可專門針對癌細胞而不是健康細胞，研發特異性的NuA4/TIP60的抑製劑將為個性化治療癌症帶來重大突破。未來，蔡剛課題組將著力解析NuA4/Tip60全酶複合體的不同功能狀態的高解析度結構及其底物選擇性和催化機制，以期幫助設計NuA4/TIP60的特異性抑製劑。

相關研究成果發表在《自然-通訊》上。該研究得到了國家自然科學基金委、科技部等的資助。

NuA4/TIP60複合體的亞基/模塊架構及其高解析度冷凍電鏡結構

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