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Rpd3S组蛋白去乙酰化酶复合物通过RNA聚合酶(Pol) II传代后去乙酰化转录的核小体，在基因组完整性中起关键作用。Cryo-EM研究强调了不对称Rco1–Eaf3二聚体在核小体结合中的重要性，然而对核小体底物与延伸Pol II的相互作用动力学知之甚少。2025年1月8日，上海交通大学李兵、Lao Yimin共同通讯在Nature Structural & Molecular Biology（IF=12.5）在线发表题为“Inherent asymmetry of Rpd3S coordinates its nucleosome engagement and association with elongating RNA polymerase II”的研究论文，该研究表明Rpd3S固有的不对称性协调了它与延伸RNA聚合酶II的核小体结合和关联。
在这里，研究人员证明了Rco1N-末端固有无序区(IDR)在调节Pol II结合中的重要功能，其中Rco1 IDR内的K/R突变损害Rpd3S与Rpb1的C-末端结构域(CTD)的相互作用，而不影响核小体识别或复合物完整性。还确定了Rco1-PHD1和Eaf3-CHD结构域对于特异性结合ser 5-磷酸化的CTD至关重要。Rco1 IDR从其C末端减轻自身抑制，促进PHD1-CHD与磷酸化CTD的结合。此外，还揭示了不对称Rco1–Eaf3二聚体协调核小体参与和Pol II相互作用的保守机制，增强了对与转录机制相关的表观遗传复合物的理解。
固有无序区(IDRs)是缺乏明确三维结构的蛋白质基序，在生理条件下表现出不同的构象。它们构成真核生物蛋白质组的重要部分(30–40%)，并参与调节各种细胞过程，包括信号传导、转录和翻译。与稳定的结构域不同，IDRs具有动态的、多价的和适应性强的结合模式，通常受其结合配偶体和翻译后修饰的影响。这种独特的特性使它们成为复杂信号系统中有价值的介质，并对环境线索做出反应。例如，Rpb1的无序C-末端结构域(CTD)—Pol II的最大亚单位—使用不同的动态修饰模式来吸引或排斥众多的相互作用因子。许多转录延伸因子在IDRs内包含短线性基序(SLiMs ),其提供灵活性和特异性以在大Pol II CTD组件内形成复杂的相互作用网络。在酿酒酵母、粟酒裂殖酵母(Clr6-II)和哺乳动物(HDAC2)中，组蛋白脱乙酰酶复合物(HDAC) Rpd3S在将转录的核小体恢复到低乙酰化状态中具有重要作用。在Set 2–Rpd3S途径中，Rpd3S被开放阅读框(orf)5’端磷酸化的CTD23募集。Rpd3S然后使用Rco1和Eaf3亚单位识别Set2介导的H3K36甲基化，从而激活其对转录染色质的脱乙酰酶活性。最近对Rpd3S的结构研究提供了对其底物识别机制的详细见解。Rpd3S包含rco 1–ea F3的两个异二聚体，它们不对称地组装。它们被指定为右臂(Rco1-A–Eaf3-A)和左臂(Rco1-B–Eaf3-B)。右臂更靠近Rpd3脱乙酰酶的催化口袋，并在Apo复合物中呈现Rco1-A (PHD1、AID、MID和PHD2)和Eaf3-A (MORF相关基因(MRG))的确定结构域。然而，Eaf3-A的染色域(CHD)只有在与H3K36甲基化核小体结合时才可见。相比之下，左臂更灵活，Rco1-B的几个部分，包括PHD2，在Apo形式中未解决。Rco1 IDR K/R突变消除体内Rpd3S功能（图源自Nature Structural & Molecular Biology）当Rpd3S与核小体相互作用时，Eaf3-B的CHD变得可见并与H3K36me3相互作用，而PHD1和MRG模块被推离Apo构象，表明潜在的核小体结合非依赖性功能。虽然这些结构研究已经揭示了核小体识别的一致细节，但Rpd3S如何在与核小体结合的同时结合到traveling Pol II上仍然是未知的。Set2-Rpd3S途径中成分的缺失拯救了由几个必需延伸因子如Bur1和Spn1的突变引起的致死性，强调了CTD相互作用组内各因子间的广泛交叉和协同功能。此外，酵母延伸因子Spt4/5促进Rpd3S募集到磷酸化的Pol II CTD33，而共转录组蛋白修饰H2Bub1作为Rpd3S/Clr6-CII激活的信号。这些结果共同表明在延伸过程中Rpd3S和一系列延伸因子之间复杂和动态的相互作用。研究人员之前证明了Rco1 IDR的缺失有效地消除了Rpd3S结合核小体的能力。这种缺失导致Set2-Rpd3S途径的失活和隐性转录的去抑制。在这里，研究人员进一步剖析了这种IDR的重要作用，并确定了Rco1 IDR中一个关键的K/R富集区。这些残基的突变实质上削弱了Rpd3S与磷酸化CTD的结合，但不影响复合物的整体完整性或其识别核小体的能力。Rco1-PHD1和Eaf3-CHD构成了负责与磷酸化CTD特异性相互作用的最小模块。从机理上讲，Rco1 IDR通过解除其C-末端区域施加的自身抑制而发挥作用，从而促进PHD1-CHD模块与pCTD的结合。总之，该研究显示了IDRs在促进Rpd3S参与延长Pol II中的一个以前未表征的作用，为移动表观遗传因子如何在与Pol II一起移动时同时发挥其核小体功能提供了新的见解。
参考消息：
https://www.nature.com/articles/s41594-024-01453-w#Sec39
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