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核小体是由核心组蛋白八聚体和缠绕在其上的DNA共同构成。组蛋白成分以及其共价修饰决定了核小体的状态,它们共同参与染色质的表观遗传调控。组蛋白成分除了常规的H2A、H2B、H3和H4外,还包括各种组蛋白变体。H3.3是组蛋白H3.1的一种变体,其两种主要存储途径分别由组蛋白伴侣DAXX和HIRA介导。H3.3与H3.1在一级序列上只有5个氨基酸的差别,二者的三维结构几乎一样,但是DAXX却能精确的识别二者并特异性结合H3.3,其分子机理一直是个谜。
本项研究工作运用X射线晶体学解析了人源组蛋白伴侣DAXX HBD与组蛋白H3.3-H4复合物2.8(A)的晶体结构。该复合物结构显示DAXX HBD全部由α螺旋组成,并将组蛋白H3.3-H4二聚体团团围住。通过比较DAXX HBD结合的H3.3-H4与核小体中的H3.3-H4的结构,揭示了DAXX阻止H3.3-H4形成四聚体并防止组蛋白与DNA非特异性结合的结构基础。结合基于细胞的荧光共定位技术和相关的生化手段,发现了决定DAXX特异性识别H3.3的关键氨基酸位点,并提出了一个双位点识别机制,即DAXX通过Cys338和Leu340形成的疏水浅沟识别H3.3的Ala87位(不识别H3.1亲水性的Ser87位);DAXX的Tyr222、Glu225和Lys229形成的亲水大口袋结合H3.3的Gly90位(不结合H3.1疏水性的Met90位);87位和90位,只需一个位点满足上述条件,DAXX都能识别并与之结合。该项科学研究对于勾画H3.3的存储途径及了解H3.3的生物学和病理学功能提供了精确的结构基础。