CHD7 which is ATP dependent chromatin remodeler regulates gene expression by controlling chromatin structure. Mutations in CHD7 are the major cause of CHARGE syndrome. But it is unknown which domain in CHD7 contacts which portion of the nucleosome and how it is linked to remodeling activity. Also, the substrate specificity and molecular mechanism of CHD7 are poorly understood. Here, we performed integrative biophysical analysis on CHD7 chromatin remodeler using crosslinking-mass spectrometry (XL-MS), cryo-Electron Microscopy (cryo-EM) and single-molecule FRET. I noticed that the N-terminal region of CHD7 plays a critical role in nucleosome binding as well as remodeling. To characterize this further, I determined the cryo-EM structure of the N-Chromo (CRD) of CHD7 bound to nucleosome. Interestingly, N-CRD contacts the face of the histone octamer and it seems that N-CRD interacts with the acidic patch of nucleosome. Further, by single-molecule FRET and biochemical analysis, we show that the acidic patch is an important epitope for the remodeling of CHD7. In addition, I propose arginine cluster region present in N_CRD that is expected to interact with the acidic patch and the mutations in the arginine cluster region result in slow or highly-fluctuating remodeling activity. Overall, our study reveals the molecular basis of chromatin remodeling by CHD7 and proposes a new regulatory region important for remodeling
크로마틴 리모델러인 CHD7은 크로마틴 구조를 조절함으로써 유전자 발현을 조절한다. 현재 CHD7 유전자의 돌연변이는 CHARGE신드롬이라 불리는 복합적인 발달장애의 주요 원인으로 알려져 있다. 하지만 CHD7의 각 도메인이 뉴클레오좀의 어느 부분과 결합하고 있으며 이것은 CHD7의 활성과 어떤 연관이 있는지, 또한 CHD7만이 가지고 있는 리모델링 메커니즘의 특성은 무엇인지에 대한 많은 부분이 알려져 있지 않다. 본 연구에서는 교차결합-질량분석, 크라이오 전자현미경과 단일분자 FRET기법을 사용하여 크로마틴 리모델러 CHD7의 복합적인 생물물리학적 분석을 진행하였다. 우리는 N-말단부터 크로모도메인 앞쪽 부분 (N-CRD)이 CHD7의 효과적인 리모델링과 ATPase 활성에 중요하다는 것을 밝혔다. 또한 크라이오 전자현미경 분석을 통해 N-CRD가 뉴클레오좀의 위쪽 표면에 결합함을 확인하였고 이는 뉴클레오좀의 산성패치와 매우 가까우며 이를 통해 N-CRD가 뉴클레오좀의 산성패치와 결합함을 제시하였다. 더욱이 우리는 N-CRD 에 존재하는 아르기닌 밀집 지역을 발견하였고 아르기닌 돌연변이에서 CHD7의 리모델링과 ATPase 활성이 감소됨을 확인하였다. 이는 단일분자 FRET 기법을 통해 N-CRD 삭제 돌연변이와 아르기닌 돌연변이에서 느린 리모델링과 불안정한 리모델링 활성을 관찰 함으로써 우리는 N-CRD부분이 CHD7의 활성에 중요하다는 것을 다시 한번 확인 할 수 있었다. 이러한 실험 결과를 통해 지금까지 명명되지 않았던 CHD7의 새로운 조절 도메인인 N-CRD 도메인의 기능적인 중요도를 제안하였고 크로마틴 리모델러가 활성을 효과적으로 조절하기 위해서는 여러 도메인이 필요하다는 것을 다시 한번 강조 할 수 있었다.
