核小体特异性调控p53与辅因子结合的分子机制

本研究揭示了染色质结构如何选择性调控转录因子p53与不同辅因子（如去泛素化酶USP7和泛素连接酶E6AP-E6）的相互作用。通过冷冻电镜和生化实验，研究人员发现USP7能与核小体结合的p53形成复合物并保持活性，而E6AP-E6复合物则因空间位阻无法结合染色质上的p53。该研究阐明了染色质作为分子过滤器调控辅因子访问的机制，为理解肿瘤抑制因子p53的调控提供了新视角。

　　

在细胞应对DNA损伤等应激反应时，转录因子p53扮演着"基因组守护者"的关键角色。然而有趣的是，这个重要的肿瘤抑制因子约50%的DNA结合位点位于染色质紧密包裹的封闭区域。这引出了一个核心科学问题：在空间受限的核小体环境中，p53如何与不同的调控辅因子相互作用？特别是那些参与泛素-蛋白酶体系统(UPS)的酶类，它们通过泛素化修饰精确控制着p53的稳定性和功能。

瑞士弗里德里希·米歇尔生物医学研究所(Friedrich Miescher Institute for Biomedical Research)的Deyasini Chakraborty和Colby R. Sandate等研究人员在《Molecular Cell》发表的研究，通过整合冷冻电镜(cryo-EM)、选择性核小体结合测序(SeEN-seq)和染色质免疫沉淀测序(ChIP-seq)等技术，系统阐明了核小体如何作为分子过滤器，选择性调控p53与不同辅因子的相互作用。研究发现USP7能通过灵活的连接区域与核小体结合的p53形成稳定复合物，而E6AP-E6复合物则因刚性结构无法适应核小体的空间限制。这一发现为理解染色质环境如何影响转录因子功能调控提供了全新视角。

关键技术方法包括：(1)冷冻电镜解析p53-USP7-核小体三元复合物及E6AP-E6-p53复合物的三维结构；(2)SeEN-seq技术在全基因组范围定位p53在核小体上的精确结合位点；(3)染色质免疫沉淀测序分析细胞内p53与USP7的共定位；(4)体外泛素化实验验证USP7在核小体环境中的酶活保持；(5)生物物理方法(如荧光偏振和质谱光散射)定量分析复合物相互作用。

主要研究结果：

Nucleosomes specify co-factor access to p53

通过CUT&RUN和SeEN-seq技术发现，p53优先结合在核小体DNA的入口/出口区域(SHL-5.7和SHL+5.9)，这些位点在应激条件下会变得更为开放。冷冻电镜结构显示，p53通过其DNA结合域(DBD)和四聚化域(TET)与核小体形成多重相互作用。

p53 interacts with histones through its DBD and TET domains

冷冻电镜解析了p53在SHL-5.7和SHL+5.9两个核小体位点的结合模式。在SHL+5.9位点，p53的S7/S8环与组蛋白H2A(75-80残基)和H2B(48-56残基)直接接触；而在SHL-5.7位点，p53TET域与组蛋白H3的N端尾部相互作用。

p53 nucleosome binding differentially impacts co-factor binding

生化实验表明，USP7能与核小体结合的p53共迁移，而E6AP-E6复合物则不能。质谱光散射证实E6AP-E6-p53复合物会形成二聚体，这种刚性结构阻碍其与核小体的结合。

The E6-E6AP architecture is incompatible with nucleosome binding

冷冻电镜结构显示，E6AP-E6-p53复合物中p53二聚体的构象与核小体结合时的构象存在35°旋转差异，导致严重的空间位阻。这种结构不兼容性解释了病毒蛋白E6如何通过E6AP破坏p53的染色质结合能力。

USP7 and p53 form an extensive complex on chromatin

冷冻电镜揭示USP7通过其TRAF域结合p53TET域，同时其泛素样(UBL)结构域与核小体"热点"区域相互作用。这种多价相互作用使USP7能适应不同核小体结合状态的p53。

USP7 activity is not impacted by the p53-nucleosome complex

酶动力学实验证实，USP7在核小体环境中保持对泛素-罗丹明底物的催化活性(k_cat=3.8 s^-1，K_M=3.6μM)，说明染色质结合不影响其去泛素化功能。

USP7 and p53 co-localize on chromatin under basal and stress conditions

ChIP-seq分析显示，在DNA损伤应激条件下，USP7与p53在染色质上的共定位显著增加，特别是在原本封闭的染色质区域。

这项研究提出了染色质调控辅因子访问的"空间规则"模型：辅因子与转录因子的相互作用域如果通过柔性连接区相连(如USP7)，就能适应核小体的空间限制；而刚性结合的复合物(如E6AP-E6)则会被排除在外。这一发现不仅解释了p53在染色质环境中的选择性调控机制，也为开发靶向p53通路的抗癌药物提供了新思路——特别是针对HPV相关癌症中E6蛋白破坏p53功能的治疗策略。此外，研究建立的技术方法为解析其他转录因子在染色质上的调控网络提供了重要范例。