Studie enthüllt die molekularen Mechanismen der dynamischen Aktivierung von DNMT1 durch H3Ub2

Diese Studie wird geleitet von Dr. Na Yang (State Key Laboratory of Medicinal Chemical Biology, College of Pharmacy and Key Laboratory of Medical Data Analysis and Statistical Research of Tianjin, Nankai University) und Dr. Bing Zhu (Nationales Labor für Biomakromoleküle, CAS-Zentrum für Exzellenz in Biomakromolekülen, Institut für Biophysik, Chinesische Akademie der Wissenschaften). DR. Jixue Sun ist der Hauptautor dieses Artikels.

Frühere Studien zeigten, dass der Ubiquitin-ähnliche nukleäre Cofaktor UHRF1 DNMT1 in Abhängigkeit von der Histon-H3-Ubiquitinierung aktiviert (Bostick et al., 2007; Nishiyama et al., 2013; Qin et al., 2015; Sharif et al., 2007). ). H3Ub2 erkennt DNMT1 durch Bindung an die RFTS-Domäne. Die aufgelöste Struktur des H3Ub2-RFTS-Komplexes zeigt, dass Histon H3 die Position einer autoinhibitorischen Schleife von DNMT1 einnimmt und dass die beiden Ubiquitin-Gruppen in engem Kontakt mit dem N-Lappen von RFTS stehen. Im Vergleich zur Apo-Struktur von RFTS erfährt die α4-Helix eine deutliche Drehung gegen den Uhrzeigersinn (Ishiyama et al., 2017; Li et al., 2018), was vermutlich der Schlüssel zur Aktivierung von DNMT1 mit weiteren Konformationsänderungen ist. Der dynamische Mechanismus der Aktivierung von DNMT1 durch H3Ub2 wurde jedoch auf molekularer Ebene aufgrund des Fehlens vollständiger Strukturinformationen oder der Einschränkungen der räumlichen und zeitlichen Auflösung früherer Studien nicht vollständig aufgeklärt.

In der Studie wurde festgestellt, dass H3Ub2 die Biegung der α4-Helix von RFTS während der Multiskalen-Molekulardynamik-Simulationen fördert und die „Biege“-Konformation wieder in eine „gerade“ Konformation induziert werden kann, wenn H3Ub2 aus der Simulation entfernt wird .Systeme. Darüber hinaus zeigten die Ergebnisse der Hauptkomponentenanalyse in Kombination mit der Community-Cluster-Analyse, dass sich die RFTS-Domäne nach der H3Ub2-Bindung um etwa 20° gegen den Uhrzeigersinn dreht und sich um etwa 3 Å von der Zielerkennungsdomäne (TRD) wegbewegt, was zur Freilegung des katalytischen Kerns führt von DNMT1.

Darüber hinaus wird das Wasserstoffbindungsnetzwerk an den Grenzflächen von RFTS-TRD und RFTS-CD nach der H3Ub2-Bindung erheblich gestört. Alanin-Substitutionen aller Reste, die für die Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen entscheidend sind, schwächen die Wechselwirkungen zwischen der RFTS-Domäne und dem katalytischen Kern von DNMT1 ab, was zu großen und schnellen Konformationsänderungen während der Simulationen führt und zur Autoaktivierung beiträgt.-inhibierte Konformation von DNMT1 durch Öffnen des Substrats Bindetasche auf CD.

Diese Studie deckte die molekularen Mechanismen der dynamischen Aktivierung von DNMT1 durch H3Ub2 auf, einschließlich: Induzieren der Biegung der α4-Helix in der RFTS-Domäne von DNMT1. ② Förderung der Rotation von RFTS weg von der TRD-Domäne in der Nähe des katalytischen Kerns. ③Abschwächung der Wechselwirkungen zwischen RFTS und TRD-CD, wodurch die Freilegung der DNA-Bindungstasche in CD erleichtert wird.