組蛋白H2B單泛素化在染色質轉錄過程中起重要作用。RINGtype E3連接酶(酵母Bre1或人RNF20/RNF40)和E2泛素偶聯酶(酵母Rad6或人hRAD6A)一起精確地將泛素沉積在酵母的H2B K123或人的K120上。

2023年8月25日，清華大學劉磊團隊在Molecular Cell在線發表題為“Mechanistic insights into nucleosomal H2B monoubiquitylation mediated by yeast Bre1-Rad6 and its human homolog RNF20/RNF40-hRAD6A”的研究論文，該研究開發了一種化學捕獲策略，并成功捕獲了Bre1-或RNF20/ RNF40介導的泛素從Rad6或hRAD6A轉移到核小體H2B的瞬時結構。

結果表明，Bre1和RNF40直接結合核小體DNA，從酵母到人類，顯示出保守的E3/E2/核小體相互作用模式，用于H2B單雙基化。作者還在Bre1 RING-Rad6界面中發現了一個非規范的非疏水接觸，該接觸將Rad6直接置于目標H2B賴氨酸殘基的上方。該研究為H2B的位點特異性單泛素化提供了機制見解，揭示了核小體DNA在介導E3連接酶識別中的關鍵作用，并為理解RNF20/RNF40的癌癥驅動突變提供了框架。

作為表觀遺傳修飾的標志，H2B單酚化(H2Bub；在酵母中的K123或哺乳動物中的K120上修飾)，于1980年首次發現，在調節各種核過程中起重要作用，包括基因轉錄激活、高階染色質組織和DNA損傷反應。為了發揮其作用，H2Bub抑制核小體陣列折疊和纖維間寡聚化以調節染色質的可及性和穩定性，或募集特異性效應蛋白介導染色質相關活動，如混合譜系白血病(MLL)復合體與H3K4甲基化的組蛋白串擾和Dot1L甲基轉移酶對H3K79的甲基化。H2Bub水平失調已被證明影響細胞分化和發育，并與多種疾病密切相關；例如，在全球范圍內，大約70%的原發性乳腺癌和結直腸癌患者中觀察到H2Bub水平降低。H2Bub的細胞水平受到精確和動態的調節，以維持細胞的特性，并依賴于泛素修飾酶(酵母中的Bre1-Rad6，人類中的RNF20/RNF40-hRAD6A)和去泛素化酶(酵母中的Ubp8和Ubp10和哺乳動物中的USP22和其他)安裝泛素(Ub)的平衡活性。最近對含有Ubp8的Spt-Ada-Gcn5乙酰轉移酶(SAGA)去泛素化模塊的結構研究揭示了它通過識別核小體核心顆粒(NCP)中的H2A-H2B酸性斑塊、H2B C端螺旋和Ub來切除H2Bub的機制。然而，盡管有多項研究，Bre1-Rad6或其人類同源物RNF20/RNF40-hRAD6協調H2B位點特異性單素化的機制仍不清楚。

機理模式圖（圖源自Molecular Cell）長期以來，對H2B上位點特異性泛素化的結構機制的闡明一直受到對這一獨特泛素化事件至關重要的瞬時和動態蛋白質復合物的捕捉挑戰的阻礙。該研究開發了一種化學捕獲策略，整合了機制啟發的偶聯和分裂-內嵌剪接技術，并成功捕獲了Bre1-或RNF20/ RNF40介導的Ub從Rad6或hRAD6A轉移到核小體H2B的瞬時結構，分別為3.44或3.02?。在與核小體結合的Bre1-Rad6的結構中，在Bre1 R675殘基和Rad6 T97-P98-T99（TPT）基序之間鑒定出非規范的非疏水相互作用，其將Rad6直接定位在目標H2B賴氨酸殘基上方。對于Bre1或RNF20/RNF40與核小體之間的界面，令人驚訝地發現，Bre1和RNF20/RNF40不僅識別H2A-H2B酸性斑塊，而且通過其二聚體的保守精氨酸錨定位點(非常有趣的新基因(RING)結構域)識別核小體超螺旋位置6.6 (SHL6.6) DNA。該研究揭示了核小體DNA在介導E3連接酶識別H2Bub中的關鍵作用，并為理解人類RNF20/RNF40的癌癥驅動突變建立了框架。原文鏈接：https://www.cell.com/molecular-cell/fulltext/S1097-2765(23)00607-X