Nucleosome is composed of 146 base pairs of DNA wrapped around an octamer of histone proteins that comprises two copies of each of the core histones H2A, H2B, H3, and H4. Flexible N-terminal tails of histones that protrude from the nucleosome are subject to various post-translational modifications, including methylation, acetylation, phosphorylation or ubiquitination. Modifications occurring on histone H3 are responsible for either transcriptional repression or transcriptional activation in organisms from yeast to human. Trimethylation of lysines 9 and 27, H3K27me3 and H3K27me3 respectively, have been functionally related to transcriptionally repressed chromatin. On the other hand, methylation of H3 at lysines 4 and 36, H3K4me and H3K36me respectively, are critical for transcriptionally active chromatin.
ASH1L is the catalytic subunit of the conserved histone methyltransferase (HMTase) complex AMC that dimethylates lysine 36 in histone H3 (H3K36me2) to promote gene transcription in mammals and flies. Unlike AMC, ASH1L alone shows poor catalytic activity. In previous research, it was found that this is due to an autoinhibitory loop (AI loop) from the postSET domain blocking an access to its substrate binding pocket in ASH1L. Here, I report the crystal structure of the minimal catalytic active AMC complex containing ASH1L and its partner subunit MRG15. The structure reveals how binding of the MRG domain of MRG15 to a conserved FxLP motif in ASH1L results in the displacement of the AI loop to permit substrates to access the catalytic pocket of the ASH1L SET domain. Together, ASH1L activation by MRG15 therefore represents a delicate regulatory mechanism for how a cofactor activates an SET domain HMTase by releasing autoinhibition.
유전정보의 집합체인 DNA는 크로마틴의 형태로 응축되어 세포 내부에 존재하며, 크로마틴은 뉴클레오솜이라는 단위체가 모여 이루어져있다. 뉴클레오솜은 약 146bp의 DNA가 히스톤 옥타머에 감긴 형태로 존재하는데, 구조 밖으로 노출된 히스톤 아미노 말단 꼬리 부분에 다양한 번역 후 수정 (Post-translational modification) 변형들이 일어난다. 그리고 이러한 변형들에는 메틸화, 아세틸화, 유비퀴틴화 등이 포함된다. 에쉬원(ASH1L)은 히스톤 H3의 라이신 36번을 메틸화(di-methylation) 시킴으로써 포유류와 파리에서 유전자 전사를 촉진 시키는 히스톤 메틸전달효소 단백질 복합체 AMC의 소단위체이다. AMC와는 다르게 ASH1L자체로는 촉매 활동이 적게 나타나는데, 이는 ASH1L의 기질결합주머니(substrate binding pocket)가 postSET 도메인 쪽에 위치한 자가저해고리에 의해 가려져 있기 때문이다.
본 연구에서는 활성 기작에 관여하는 AMC 복합체의 최소한의 단위체들인 ASH1L과 MRG15 복합체의 결정 구조를 다룬다. 위 구조는 MRG15의 MRG 도메인이 ASH1L의 FxLP motif에 결합했을 때에 ASH1L의 자가저해고리가 옮겨지게 되며 기질(substrate)이 ASH1L SET 도메인의 촉매 주머니(catalytic pocket)에 접근하도록 허용하는 결과를 보여준다. MRG15에 의한 ASH1L의 활성화는 보조인자가 자가저해를 풀어줌으로써 SET domain이 포함된 히스톤 메틸전달효소를 활성화시키는 섬세한 조절 기작을 나타낸다.
