11月29日，上海科技大學(xué)免疫化學(xué)研究所張賀橋/Roger Kornberg研究團(tuán)隊(duì)（結(jié)構(gòu)生物化學(xué)課題組）在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然-通訊》（Nature Communications）在線(xiàn)發(fā)表了題為“Mechanistic insights into histone recognition and H3K14 acetylation by the NuA3 histone acetyltransferase complex” 的研究論文，報(bào)道了真核生物組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶復(fù)合物NuA3與底物組蛋白H3尾部結(jié)合并特異性乙?；疕3K14位點(diǎn)的結(jié)構(gòu)特征。

真核生物的遺傳物質(zhì)以核小體為基本結(jié)構(gòu)單元，每個(gè)核小體由一個(gè)組蛋白八聚體（包括H2A、H2B、H3 和 H4）以及其外圍纏繞約 147 bp 的 DNA 所組成。組蛋白 N 端尾部的特定賴(lài)氨酸和精氨酸殘基可發(fā)生多種翻譯后修飾，如甲基化、乙酰化、磷酸化和泛素化等。這些修飾及其介導(dǎo)的生物學(xué)效應(yīng)被表觀(guān)遺傳學(xué)先驅(qū) C. David Allis 稱(chēng)為“組蛋白密碼”（histone code），對(duì)基因表達(dá)調(diào)控具有至關(guān)重要的作用。研究表明，真核生物中存在多種負(fù)責(zé)添加或去除這些修飾的“書(shū)寫(xiě)器”（writers）和“擦除器”（erasers）。其中，NuA3 復(fù)合物是催化組蛋白 H3K14 乙?；闹匾皶?shū)寫(xiě)器”之一。H3K14乙酰化是調(diào)控染色質(zhì)開(kāi)放性和基因轉(zhuǎn)錄激活的重要標(biāo)記，在基因表達(dá)、細(xì)胞分化和DNA修復(fù)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。此前的結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究多集中于催化亞基的MYST結(jié)構(gòu)域，而該復(fù)合物的整體結(jié)構(gòu)及其對(duì)底物H3K14識(shí)別和乙?；姆肿訖C(jī)制一直未被解析。

本研究利用昆蟲(chóng)細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)成功重組并純化出了高純度、高均一性的NuA3復(fù)合物，并在體外證實(shí)其對(duì)H3K14的特異性乙酰化活性。隨后采用單顆粒冷凍電鏡技術(shù)，分別解析了NuA3在未結(jié)合底物狀態(tài)、結(jié)合乙酰輔酶A的狀態(tài)，以及同時(shí)結(jié)合組蛋白H3尾部和乙酰輔酶A的復(fù)合物狀態(tài)的結(jié)構(gòu)。研究顯示，Sas3和Nto1亞基協(xié)同構(gòu)成了NuA3的核心框架，為復(fù)合物的穩(wěn)定性和底物識(shí)別提供關(guān)鍵支撐（圖1A）。

NuA3的組蛋白尾部結(jié)合裂隙由催化亞基Sas3與非催化亞基Nto1共同構(gòu)成（圖1B，1C），顯示了非催化亞基對(duì)于底物識(shí)別的重要作用。該裂隙通過(guò)疏水作用識(shí)別H3第9–12位殘基，并通過(guò)極性相互作用識(shí)別第13–15位殘基。對(duì)多個(gè)關(guān)鍵氨基酸位點(diǎn)進(jìn)行的突變與活性分析驗(yàn)證了這些相互作用在催化過(guò)程中的重要性。值得注意的是，H3K14前的Gly13因其側(cè)鏈體積小，能夠避免與結(jié)合裂隙中的氨基酸發(fā)生空間沖突。因此，Gly13對(duì)底物特異性具有關(guān)鍵作用（圖1C）。研究顯示：NuA3負(fù)責(zé)催化的氨基酸Glu452、Cys418，組蛋白H3K14（突變?yōu)榧琢虬彼幔?、乙酰輔酶A的乙?；鶊F(tuán)三者處于預(yù)反應(yīng)狀態(tài)（圖1D）。結(jié)構(gòu)比對(duì)還表明，乙酰輔酶A的結(jié)合會(huì)誘導(dǎo)“組蛋白結(jié)合環(huán)”和“CoA結(jié)合螺旋”發(fā)生構(gòu)象變化，從而擴(kuò)大結(jié)合裂隙，為組蛋白尾部進(jìn)入結(jié)合位點(diǎn)和后續(xù)反應(yīng)做好準(zhǔn)備（圖1E）。

圖1. NuA3復(fù)合物識(shí)別和乙?；M蛋白H3K14分子機(jī)制。（A）NuA3復(fù)合物冷凍電鏡結(jié)構(gòu)；（B）NuA3與組蛋白H3尾部及乙酰輔酶A結(jié)合后的復(fù)合物結(jié)構(gòu)；（C） 組蛋白H3尾部在NuA3底物結(jié)合裂隙中的放大視圖；（D） 組蛋白H3尾部、乙酰輔酶A及NuA3催化氨基酸局部電子密度圖；（E）乙酰輔酶A和H3尾部結(jié)合誘導(dǎo)NuA3發(fā)生構(gòu)象變化

本研究還將該機(jī)制進(jìn)一步拓展至人類(lèi)同源復(fù)合物BRPF1/2–HBO1–ING5–MEAF6，結(jié)果表明其組蛋白識(shí)別機(jī)制與酵母NuA3具有高度保守性，為后續(xù)開(kāi)展更廣泛的表觀(guān)遺傳調(diào)控研究奠定了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

免化所結(jié)構(gòu)生物化學(xué)課題組2025級(jí)博士研究生史雯萍、高級(jí)工程師趙莉霞，以及2024級(jí)博士研究生王逸儒為本研究共同第一作者。結(jié)構(gòu)生物化學(xué)課題組負(fù)責(zé)人張賀橋副研究員、Roger Kornberg教授為本論文共同通訊作者。上?？萍即髮W(xué)為論文第一完成單位。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-67049-0