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端粒是真核生物线性染色体末端的核糖核蛋白结构。因为其结构的特殊性,位于端粒或亚端粒区域的基因通常处于转录表达沉默状态。在裂殖酵母中,由dsDNA结合蛋白Taz1,ssDNA结合蛋白Pot1,端粒酶招募蛋白Ccq1以及桥连蛋白Rap1-Poz1-Tpz1构成的保护复合物-Shelterin在染色体末端端粒稳态的维持、异染色质状态的维持以及末端结构的保护等过程中有重要作用。这些蛋白在结构和功能上与人源Shelterin组分高度保守。
裂殖酵母中的Taz1和Poz1以及人源的TRF1,TRF2和Tin2有进化保守的TRFH结构域。除此之外,Taz1,TRF1和TRF2还有能结合端粒dsDNA的myb结构域。在裂殖酵母中,Tbf1是Taz1/TRF1/TRF2的同源蛋白,是一个非典型端粒调控蛋白,其体内具体功能尚不清楚。我们解析了Tbf1TRFH和Tbf1Myb两个结构域独立的晶体结构。Tbf1TRFH的结构与其他端粒蛋白的TRFH非常类似,形成同源二聚体,而且具有端粒dsDNA的结构能力。Tbf1TRFH没有像其他TRFH一样保守的蛋白-蛋白相互作用口袋,但具有进化特异的α2/α4/α9。相对Tbf1TRFH与其他TRFH较低的序列相似度而言,Tbf1Myb在序列上与其他Myb结构的序列高度保守,但Tbf1Myb结构具有延伸的α4。与人源TRF1/2myb和同样具有额外α4的烟草的NgTRFmyb相比,Tbf1Myb具有与TRF1/2myb完全保守的核酸结合氨基酸。Tbf1Myb延伸的α4和C端loop不同于NgTRFmyb中的α4,有可能插入到dsDNA的大沟槽中。Tbf1Myb的dsDNA结合表面因为末端的D481和D485使其略微呈酸性,而TRF1/2myb和NgTRFmyb的呈碱性。Tbf1TRFH和Tbf1Myb在结构和生化上所表现出的特性,表明Tbf1有可能是一个在结构上保守,但功能上进化的端粒蛋白。
裂殖酵母中的Ccq1依赖T93的磷酸化介导端粒酶的招募。Tpz1与Ccq1的相互作用不仅介导了端粒对Ccq1的招募,而且与Ccq1T93的磷酸化有关,进而调控端粒酶的招募。除此之外,Ccq1通过招募组蛋白去乙酰化酶复合物(SHREC)和组蛋白甲基化酶复合物(CLRC)调控端粒末端异染色质的形成。通过体外生化和酵母双杂交等实验,我们定位了Ccq1C端结合Raf2的区域(496-583)和结合Clr3的区域(658-735),并筛选到能特异破坏Ccq1-Raf2相互作用的氨基酸突变(L511R,V516R和Y518R)。同时,我们报道两个Ccq1相关的复合物晶体结构Ccq1-Tpz1和Ccq1-Clr3。Ccq1-Tpz1形成一个异质四聚体,其剂量比为2:2。Ccq1在结构上类似于芽殖酵母组蛋白去乙酰化酶复合物(hda1-hda2-hda3)的hda3。Ccq1-Clr3复合物结构揭示Ccq1通过其C端的一个结合模块与Clr3相互作用。与芽殖酵母hda3不同的是,Ccq1对Clr3的组蛋白去乙酰化酶活性是非必需的。基于结构基础和体外生化实验,在酵母体内破坏Ccq1-Tpz1或破坏Ccq1-Raf2之间的相互作用都会产生TPE缺陷表型。但前者还会出现端粒缩短,细胞周期阻滞等表型。然而,破坏Ccq1-Clr3之间的相互作用并不会产生上述表型。同时,Ccq1-Clr4的融合蛋白能恢复TPE缺陷表型。这些结果表明,Ccq1可作为Shelterin-CLRC-SHREC超复合体的支架,Ccq1招募的CLRC复合物在端粒或亚端粒区的异染色质形成及端粒结构维持方面发挥着重要作用。
裂殖酵母中的Taz1和Poz1以及人源的TRF1,TRF2和Tin2有进化保守的TRFH结构域。除此之外,Taz1,TRF1和TRF2还有能结合端粒dsDNA的myb结构域。在裂殖酵母中,Tbf1是Taz1/TRF1/TRF2的同源蛋白,是一个非典型端粒调控蛋白,其体内具体功能尚不清楚。我们解析了Tbf1TRFH和Tbf1Myb两个结构域独立的晶体结构。Tbf1TRFH的结构与其他端粒蛋白的TRFH非常类似,形成同源二聚体,而且具有端粒dsDNA的结构能力。Tbf1TRFH没有像其他TRFH一样保守的蛋白-蛋白相互作用口袋,但具有进化特异的α2/α4/α9。相对Tbf1TRFH与其他TRFH较低的序列相似度而言,Tbf1Myb在序列上与其他Myb结构的序列高度保守,但Tbf1Myb结构具有延伸的α4。与人源TRF1/2myb和同样具有额外α4的烟草的NgTRFmyb相比,Tbf1Myb具有与TRF1/2myb完全保守的核酸结合氨基酸。Tbf1Myb延伸的α4和C端loop不同于NgTRFmyb中的α4,有可能插入到dsDNA的大沟槽中。Tbf1Myb的dsDNA结合表面因为末端的D481和D485使其略微呈酸性,而TRF1/2myb和NgTRFmyb的呈碱性。Tbf1TRFH和Tbf1Myb在结构和生化上所表现出的特性,表明Tbf1有可能是一个在结构上保守,但功能上进化的端粒蛋白。
裂殖酵母中的Ccq1依赖T93的磷酸化介导端粒酶的招募。Tpz1与Ccq1的相互作用不仅介导了端粒对Ccq1的招募,而且与Ccq1T93的磷酸化有关,进而调控端粒酶的招募。除此之外,Ccq1通过招募组蛋白去乙酰化酶复合物(SHREC)和组蛋白甲基化酶复合物(CLRC)调控端粒末端异染色质的形成。通过体外生化和酵母双杂交等实验,我们定位了Ccq1C端结合Raf2的区域(496-583)和结合Clr3的区域(658-735),并筛选到能特异破坏Ccq1-Raf2相互作用的氨基酸突变(L511R,V516R和Y518R)。同时,我们报道两个Ccq1相关的复合物晶体结构Ccq1-Tpz1和Ccq1-Clr3。Ccq1-Tpz1形成一个异质四聚体,其剂量比为2:2。Ccq1在结构上类似于芽殖酵母组蛋白去乙酰化酶复合物(hda1-hda2-hda3)的hda3。Ccq1-Clr3复合物结构揭示Ccq1通过其C端的一个结合模块与Clr3相互作用。与芽殖酵母hda3不同的是,Ccq1对Clr3的组蛋白去乙酰化酶活性是非必需的。基于结构基础和体外生化实验,在酵母体内破坏Ccq1-Tpz1或破坏Ccq1-Raf2之间的相互作用都会产生TPE缺陷表型。但前者还会出现端粒缩短,细胞周期阻滞等表型。然而,破坏Ccq1-Clr3之间的相互作用并不会产生上述表型。同时,Ccq1-Clr4的融合蛋白能恢复TPE缺陷表型。这些结果表明,Ccq1可作为Shelterin-CLRC-SHREC超复合体的支架,Ccq1招募的CLRC复合物在端粒或亚端粒区的异染色质形成及端粒结构维持方面发挥着重要作用。