NuA4/TIP60 复合体的亚基 / 模块架构及其高分辨率冷冻电镜结构

近日，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心教授蔡刚课题组与加拿大拉瓦尔大学癌症研究中心教授 Jacques Côté课题组等合作，解析了来源于酿酒酵母的乙酰转移酶 NuA4/Tip60 复合体的 4.7 埃分辨率的冷冻电镜结构，清晰描绘了亚基间的相互作用界面，揭示了 NuA4/Tip60 组装和调控的机制。

NuA4/TIP60 复合体是进化中非常保守和必需的多亚基复合体，具有乙酰化组蛋白 H4/H2A 和激活转录的能力，广泛参与了基因转录激活、DNA 损伤修复、细胞周期等重要的细胞生理过程。除组蛋白底物外，NuA4/TIP60 能乙酰化包括 p53 和众多转录因子在内的 250 多种非组蛋白底物，关键性地调控新陈代谢、自噬和细胞稳态、干细胞的维持和更新。人类催化亚基 Tip60 与其他几个 NuA4/TIP60 亚基包括 TRRAP 的突变，与多种癌症，如结肠癌、乳腺癌和前列腺肿瘤的肿瘤发生密切关联。

NuA4/TIP60 复合体包含数十个蛋白质亚基，并与几种染色质重塑复合体（SWR1、INO80 和人类 SWI/SNF）或组蛋白修饰复合体（SAGA HAT 和 Rpd3S HDAC）共享六个亚基。受限于 NuA4/TIP60 复合体高度的组成复杂性和构象多变性，传统的分析手段难以达到足够精度，对 NuA4/TIP60 复杂装配及其调控机制的理解受到了严重阻碍。

蔡刚课题组利用冷冻电镜，解析了 4.7 埃分辨率的 NuA4/TIP60 复合体 TEEAA 亚复合物（包含 Tra1、Eaf1、Eaf5、Actin 和 Arp4 亚基）和 7.6 埃分辨率的 TEEAA-piccolo NuA4 亚复合物（包含 Tra1、Eaf1、Eaf5、Actin、Arp4、Esa1、Epl1、Yng2 和 Eaf6 亚基）的高分辨率结构，清晰揭示了 NuA4/Tip60 的组装及其调节界面：复合体最大的 Tra1/TRRAP 亚基（约 430kDa）与 Eaf1 一起用作 NuA4 装配的支架。其中，Actin/Arp4 模块位于外围区域，与 Eaf1 HSA 结构域相关联。Eaf1 SANT 结构域通过离子相互作用紧密结合 Tra1/TRRAP 的 LBE 和 FATC 结构域。Eaf5/7/3（TINTIN）和 Piccolo 模块主要结合在 Tra1 的 FAT 和 HEAT 重复区域，同时分别与 Eaf1 N- 末端和 HSA 区域相互作用。

该研究发现，尽管 Tra1/TRRAP 是缺乏激酶活性的“假激酶”，但它在 NuA4/TIP60 复合体中采取类似激活态激酶结构域的构象，介导了其他亚基的组装。研究首次鉴定出与癌症直接相关的 TRRAP 突变聚集在 NuA4/TIP60 组装界面上，该界面同时是多种翻译后修饰重要调控的热点，阐明了 NuA4/TIP60 复合体的组装及其精细调控具有重要的生理意义，有助于进一步了解相关癌症发生的机制和精准标志物的建立。Tra1/TRRAP 的作用机制。同时表明，在细胞全局性稳态调控中发挥核心作用的同激酶家族的其他成员（ATM、ATR、DNA-PKcs、mTOR、SMG1），很可能具有独立于其激酶活性之外介导重要复合物组装的“脚手架”的功能。

上述研究表明，NuA4/TIP60 在几种多发癌症（例如乳腺癌和前列腺癌）中显著下调，因此其抑制剂可专门针对癌细胞而不是健康细胞，研发特异性的 NuA4/TIP60 的抑制剂将为个性化治疗癌症带来重大突破。未来，蔡刚课题组将着力解析 NuA4/Tip60 全酶复合体的不同功能状态的高分辨率结构及其底物选择性和催化机制，以期帮助设计 NuA4/TIP60 的特异性抑制剂。

相关研究成果发表在《自然 - 通讯》上。该研究得到了国家自然科学基金委、科技部等的资助。