在真核細胞中，生物基因組DNA纏繞組蛋白八聚體形成規則排列的醫學研究院徐彥輝核小體。經典核小體包含四種組蛋白H2A、團隊H2B、揭示介導機制H3和H4各兩個拷貝。合物為了實現相關功能調節，組蛋置換ATP依賴性染色質重塑復合物會改變核小體的生物組成和它在DNA上的位置。根據催化亞基的醫學研究院徐彥輝異同，染色質重塑復合物可分為四個家族: ISWI、團隊CHD、揭示介導機制SWI/SNF和INO80。合物

人源SRCAP復合物 (SRCAP-C) 由十個亞基構成，組蛋置換分子量超過一百萬道爾頓，生物屬于染色質重塑復合物INO80家族。醫學研究院徐彥輝 SRCAP-C可以ATP依賴性方式用H2A.Z-H2B二聚體取代H2A-H2B二聚體，團隊生成的含有H2A.Z的核小體富集在常染色質中幾乎所有基因的啟動子處。SRCAP-C參與轉錄調控和其他基本生理活動，如DNA復制、DNA修復和染色體分離等。

過往的研究揭示了酵母SWR-C （SRCAP-C在酵母中的同源物）和人源SRCAP-C的結構，但SRCAP-C介導的H2A-H2A.Z交換機制仍不完全清楚。

2024年2月8日，復旦大學生物醫學研究院徐彥輝團隊在Cell Discovery雜志上在線發表題為“Structure insights into histone exchange by human SRCAP complex”的研究論文。該研究利用結構生物學方法，展示了SRCAP-C-核小體復合物的三種功能狀態，提出了SRCAP-C水解ATP過程中改變對底物核小體的結合方式進而實現H2A-H2A.Z交換的機制模型，該模型的關鍵點通過ChIP-seq技術在細胞內得到了功能驗證。

研究團隊分別獲得了SRCAP-C-核小體復合物在apo（無核苷酸結合），ADP，ADP-BeFx（ATP類似物）結合狀態下的冷凍電鏡結構，整體分辨率為3.3 A?，核心分辨率達到2.9 A?。結構表明，SRCAP-C可分為motor和ARP兩個模塊，其中由6個亞基組成的ARP模塊在之前的結構研究中均未被解析。ARP模塊沿著DNA環繞一半核小體，在三種狀態中保持類似的構象及核小體結合模式，可能抑制DNA相對核小體的滑移，這是SRCAP-C區別于其他重塑復合物的關鍵特征（圖1）。

圖1. a. ADP-BeFx結合狀態下SRCAP-C-核小體的復合冷凍電鏡重構密度圖及三維模型。b. 三種核苷酸結合狀態下SRCAP-C-核小體的復合冷凍電鏡重構密度圖。

通過結構比較，研究團隊描繪出復合物由ADP-BeFx結合狀態向ADP結合狀態轉變的動態過程（視頻1），發現亞基ZNHIT1可能通過拉動H2A-H2B離開核小體來破壞H2A-H2B 的穩定性從而在H2A-H2A.Z置換過程中發揮關鍵作用。

視頻1. ADP-BeFx結合狀態向ADP結合狀態轉變時復合物的構象變化過程。

為了驗證這一猜想，研究團隊通過ChIP-seq技術研究了ZNHIT1對于細胞內H2A.Z分布的影響，結果表明ZNHIT1富含堿性氨基酸的N端區域是細胞中H2A-H2A.Z交換所必需的。根據結構比較和細胞內驗證實驗，并結合前人研究，研究團隊提出了SRCAP-C介導的H2A-H2A.Z交換的工作機理。（圖2）

圖2. SRCAP-C置換組蛋白的工作模型

這項工作首次解析了人源SRCAP-C結合核小體的結構，并通過分別捕捉其在ADP-BeFx和ADP結合狀態下的結構，重構了SRCAP-C水解ATP的動態過程來揭示其工作機制，很好的解釋了前人利用生物化學和單分子生物物理方法獲得的結論，為全面解釋H2A.Z置換的分子機理提供了理論指導。

復旦大學生物醫學研究院2018級直博生余佳麗、2022級直博生隋烽瑞和2023級直博生谷峰為本文共同第一作者，復旦大學附屬腫瘤醫院研究員/生物醫學研究院雙聘研究員徐彥輝和粵港澳大灣區精準醫學研究院青年副研究員王麗為共同通訊作者。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41421-023-00640-1

制圖：實習編輯：責任編輯：李雪嬌