Chromatin structure and its chemical modifications regulate the ubiquitin ligase substrate selectivity of UHRF1.
Chromatin structure and its chemical modifications regulate the ubiquitin ligase substrate selectivity of UHRF1.
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染色质结构及其化学修饰调节 UHRF1 的泛素连接酶底物选择性。
DOI：
10.1073/pnas.1806373115
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发表时间：
2018-08-28
影响因子：
11.1
通讯作者：
Rothbart SB
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Vaughan RM;Dickson BM;Whelihan MF;Johnstone AL;Cornett EM;Cheek MA;Ausherman CA;Cowles MW;Sun ZW;Rothbart SB
DNA 甲基化和组蛋白翻译后修饰是关键的表观遗传标记，有助于基因表达和其他染色质模板生物过程的微调。在这里，我们构建了人工染色质模板，并揭示了协调调节 DNA 甲基化调节因子 UHRF1 的结合和酶活性的关键染色质结构特征和表观遗传标记。在确定的染色质模板背景下研究表观遗传调节因子的活性，特别是对于多域组蛋白和 DNA 结合蛋白（如 UHRF1），对于理解表观遗传串扰的分子机制和调节表观遗传信号传导的机制以及确定表观遗传失调如何导致人类疾病至关重要。 UHRF1 促进 DNA 甲基化模式的有丝分裂遗传，UHRF1 是一种 DNA 和组蛋白结合 E3 泛素连接酶，有助于招募维持性 DNA 甲基转移酶 DNMT1 来复制染色质。 UHRF1 的 DNA 甲基化维持功能取决于其结合染色质的能力，在染色质中它促进组蛋白 H3 在赖氨酸 18 和 23（DNMT1 的对接位点）处的单泛素化。由于技术限制，这种 UHRF1 依赖性 DNA 甲基化遗传模型主要基于对甲基化 DNA 寡核苷酸、合成组蛋白肽和从细胞中提取的异质染色质进行遗传学和生化观察而构建。在这里，我们构建了含有特定组蛋白和 DNA 修饰的半合成单核小体，并使用这些试剂对 UHRF1 结合和酶活性进行严格分析。我们发现核小体接头 DNA 和组蛋白 H3 上的二甲基化赖氨酸 9 的多价结合将 UHRF1 泛素连接酶活性导向组蛋白底物。值得注意的是，我们揭示了一种由半甲基化 DNA 识别刺激的分子开关，该分子开关将 UHRF1 泛素连接酶活性从组蛋白上重定向到有利于稳健的自动泛素化。我们的研究支持 UHRF1 和 DNMT1 染色质招募到复制染色质的非竞争性模型，并定义了半甲基化接头 DNA 作为 UHRF1 泛素连接酶底物选择性调节剂的作用。
DNA methylation and histone posttranslational modifications are key epigenetic marks that contribute to the fine-tuned regulation of gene expression and other chromatin-templated biological processes. Here, we build artificial chromatin templates and reveal key chromatin structural features and epigenetic marks that coordinately regulate the binding and enzymatic activity of the DNA methylation regulator UHRF1. Studying activities of epigenetic regulators in the context of defined chromatin templates, particularly for multidomain histone and DNA binding proteins such as UHRF1, is critical for understanding molecular mechanisms of epigenetic crosstalk and mechanics regulating epigenetic signaling, and for determining how epigenetic dysregulation contributes to human disease. Mitotic inheritance of DNA methylation patterns is facilitated by UHRF1, a DNA- and histone-binding E3 ubiquitin ligase that helps recruit the maintenance DNA methyltransferase DNMT1 to replicating chromatin. The DNA methylation maintenance function of UHRF1 is dependent on its ability to bind chromatin, where it facilitates monoubiquitination of histone H3 at lysines 18 and 23, a docking site for DNMT1. Because of technical limitations, this model of UHRF1-dependent DNA methylation inheritance has been constructed largely based on genetics and biochemical observations querying methylated DNA oligonucleotides, synthetic histone peptides, and heterogeneous chromatin extracted from cells. Here, we construct semisynthetic mononucleosomes harboring defined histone and DNA modifications and perform rigorous analysis of UHRF1 binding and enzymatic activity with these reagents. We show that multivalent engagement of nucleosomal linker DNA and dimethylated lysine 9 on histone H3 directs UHRF1 ubiquitin ligase activity toward histone substrates. Notably, we reveal a molecular switch, stimulated by recognition of hemimethylated DNA, which redirects UHRF1 ubiquitin ligase activity away from histones in favor of robust autoubiquitination. Our studies support a noncompetitive model for UHRF1 and DNMT1 chromatin recruitment to replicating chromatin and define a role for hemimethylated linker DNA as a regulator of UHRF1 ubiquitin ligase substrate selectivity.
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影响因子：
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作者：
Edwards JR;Yarychkivska O;Boulard M;Bestor TH
通讯作者：
Bestor TH
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Qin W;Wolf P;Liu N;Link S;Smets M;La Mastra F;Forné I;Pichler G;Hörl D;Fellinger K;Spada F;Bonapace IM;Imhof A;Harz H;Leonhardt H
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作者：
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通讯作者：
Ruthenburg, Alexander J.
ISWI染色质重塑器感知核小体修饰以确定底物偏好。
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作者：
Dann GP;Liszczak GP;Bagert JD;Müller MM;Nguyen UTT;Wojcik F;Brown ZZ;Bos J;Panchenko T;Pihl R;Pollock SB;Diehl KL;Allis CD;Muir TW
通讯作者：
Muir TW
DOI：
10.1016/j.bbagrm.2014.03.001
发表时间：
2014-08
影响因子：
4.7
作者：
Rothbart, Scott B.;Strahl, Brian D.
通讯作者：
Strahl, Brian D.