責編 | 王一
在真核生物中，組蛋白乙醯化酶透過將乙醯基團從乙醯輔酶A轉移至組蛋白的賴氨酸殘基上，參與染色質結構的動態調控。A型組蛋白乙醯化酶負責催化染色質中核小體組蛋白的乙醯化修飾，增加DNA模板的可接近性，啟用基因轉錄；B型組蛋白乙醯化酶則被認為負責細胞質中新生組蛋白上的乙醯化修飾。以往的研究表明，B型組蛋白乙醯化酶同樣存在於細胞核中，然而其在細胞核中的具體功能及作用機制尚不明確。
2024年12月4日， 北京生命科學研究所/清華大學生物醫學交叉研究院何新建課題組在Science Advances線上發表了題為Arabidopsis histone acetyltransferase complex coordinates cytoplasmic histone acetylation and nuclear chromatin accessibility的研究論文，揭示了擬南芥B型組蛋白乙醯化酶透過形成NuB4複合體協同調控細胞質組蛋白乙醯化和細胞核染色質狀態的分子機制。
該研究利用蛋白親和純化結合質譜技術發現，擬南芥B型組蛋白乙醯化酶HAG2、組蛋白伴侶MSI2、MSI3和NASP，以及組蛋白H3和H4相互作用，在細胞質和細胞核中形成NuB4複合體。在該複合體中，HAG2與其輔助亞基MSI2/3形成乙醯化模組，負責催化細胞質組蛋白H4K5Ac和H4K12Ac修飾；乙醯化模組透過組蛋白H3和H4與NASP結合。研究發現，組蛋白乙醯化模組HAG2-MSI2/3突變會導致擬南芥提前開花，組蛋白伴侶NASP突變無明顯表型，而兩者同時突變則會導致擬南芥植株的嚴重發育缺陷，表明HAG2-MSI2/3和NASP協同調節擬南芥的生長發育（圖1）。
圖1 HAG2-MSI2/3和NASP協同調節擬南芥的生長發育
在細胞質中，HAG2-MSI2/3或NASP單獨突變不會引起組蛋白H3和H4蛋白水平的變化，但兩者同時突變則導致細胞質組蛋白H3和H4的蛋白總體水平顯著降低，表明組蛋白乙醯化模組HAG2-MSI2/3與組蛋白伴侶NASP協同維持細胞質組蛋白H3和H4的蛋白水平。因此，擬南芥NuB4複合體組分透過結合組蛋白H3和H4，促進它們在細胞質中組裝和積累（圖2）。
在細胞核中，ATAC-seq分析表明，NuB4促進轉錄起始位點（TSS）附近區域的染色質可及性，而抑制基因內部和轉錄終止位點（TTS）附近區域的染色質可及性，表明NuB4對於維持基因組中核小體的正確分佈至關重要。ChIP-seq分析表明，NuB4促進TSS附近區域的組蛋白H4K12Ac水平。透過對ATAC-seq、ChIP-seq和RNA-seq資料聯合分析，發現NuB4複合體能夠透過促進TSS附近組蛋白乙醯化修飾增強染色質可及性，進而促進基因表達。進一步研究發現，NuB4調節大量細胞週期相關基因的染色質可及性和轉錄，透過促進細胞分裂過程維持植物的正常生長和發育（圖2）。
圖2 擬南芥NuB4調節組蛋白乙醯化、染色質可及性、基因轉錄和植物發育
綜上，這項研究鑑定了擬南芥NuB4複合體的組成成分，揭示了組蛋白乙醯化模組HAG2-MSI2/3和組蛋白伴侶NASP在細胞質組蛋白乙醯化、細胞核染色質可及性、基因轉錄及植株生長發育方面的協同調節作用，揭示了植物NuB4複合體與其他真核生物的同類複合體相比具有植物特異性，揭示了不同真核生物中NuB4複合體的功能多樣性。
何新建課題組已畢業博士吳嬋娟（現為西南科技大學特聘教授）和博士研究生徐鑫為該論文的共同第一作者，何新建研究員為通訊作者。其餘作者包括袁丹陽、劉真真、譚連美、蘇銀娜、李琳和陳涉研究員。該研究得到科技部和國家自然科學基金委的資助。
論文連結：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adp1840
