转录共激活因子SAGA复合物结构解析：组蛋白乙酰化模块的构象奥秘

《Molecular Cell》：Structure of the transcriptional co-activator SAGA complex, including the histone acetyltransferase module

本研究针对真核生物转录调控核心复合物SAGA中长期未解的组蛋白乙酰转移酶（HAT）模块结构问题，通过冷冻电镜技术首次解析了来源于嗜热真菌Chaetomium thermophilum的SAGA复合体近原子分辨率结构。研究揭示了HAT模块通过Ada1和Spt7亚基锚定于SAGA核心的新机制，纠正了此前AlphaFold预测的误差，为理解染色质转录中组蛋白修饰的动态调控提供了关键结构基础。

　　

在真核生物的基因表达调控中，染色质结构的动态变化扮演着核心角色。其中，Spt-Ada-Gcn5乙酰转移酶（SAGA）复合物作为一类庞大的多亚基组装体（分子量达1.8 MDa），通过其组蛋白乙酰转移酶（HAT）模块和去泛素化（DUB）模块，精准调控组蛋白的共价修饰，从而激活RNA聚合酶II（Pol II）介导的转录过程。尽管SAGA复合物的Tra1、核心模块和DUB模块的结构已被解析，但由于HAT模块固有的构象柔性，其整体结构及其与SAGA核心的相互作用机制长期悬而未决，这严重阻碍了对染色质转录机制的全景理解。

为了攻克这一难题，斯坦福大学Roger D. Kornberg团队的研究人员将目光投向嗜热真菌Chaetomium thermophilum（ct）。这类生物的大分子复合物往往在常温下表现出更高的稳定性，为解析柔性区域的结构提供了独特优势。研究人员通过免疫亲和纯化与冷冻电镜（cryo-EM）技术，成功解析了ctSAGA复合物的整体结构，分辨率高达2.7 ?。尤为关键的是，通过聚焦三维分类技术，他们首次捕获了HAT模块的清晰结构（分辨率3.7 ?），并揭示了其与SAGA核心的新型锚定机制。

本研究的关键技术方法包括：利用嗜热真菌来源的SAGA复合物进行生化纯化，通过冷冻电镜单颗粒分析获得高分辨率结构，结合聚焦分类技术解析柔性模块，并辅以AlphaFold结构预测、酵母遗传学实验（基因敲除与点突变）和免疫印迹分析验证结构功能关联。

Structure of ctSAGA, Tra1, and core

研究发现，ctSAGA的整体结构与酿酒酵母（S. cerevisiae）SAGA高度相似，但其核心模块呈现约36 ?的倾斜，提示其可能存在功能相关的构象灵活性。通过高分辨率图谱，研究人员首次构建了Spt7亚基N端区域的结构模型，该区域包含一个溴结构域（BD）和两个螺旋延伸（helix 1和helix 2），形似“钳状”结构环绕HAT模块。

Structure of the HAT module

HAT模块由催化亚基Gcn5、支架蛋白Ada2和调控亚基Ada3组成（Sgf29因柔性未被解析）。结构显示，Gcn5的催化结构域与Ada2的SANT结构域相邻，而Gcn5的BD则位于催化中心附近。Ada2通过其SWIRM结构域与Ada1的N端区域（称为SWIRM相互作用结构域，SID）及Ada3形成多螺旋束，共同稳定HAT模块与核心的接口。

The HAT module is tethered to the SAGA core via Ada1 and Spt7

与此前AlphaFold预测不同，本研究明确揭示HAT模块通过两种关键相互作用锚定于SAGA核心：一是Spt7的helix 1与Ada3的 coiled-coil区域直接接触；二是Ada1-SID与Ada2的SWIRM结构域及Ada3形成三元复合物。遗传与生化实验进一步证实，缺失Ada1-SID或Spt7的helix 1会显著破坏HAT模块与SAGA核心的结合，导致Gcn5从复合物中解离。

Functional validation of structural observations and organization of SAGA

在酿酒酵母模型中，研究人员构建了Ada1（Hfi1）与Spt7的双敲除菌株，并引入一系列Spt7突变体。实验表明，在应激条件下（如磺酰脲类除草剂处理），同时缺失Ada1-SID和Spt7 helix 1的菌株出现严重生长缺陷，且纯化复合物中Gcn5含量急剧下降，验证了上述结构互作的功能重要性。

Superposition of the Tetrahymena thermophila HAT domain with the ctHAT domain revealed the path of the histone H3 tail in the HAT module

通过将嗜热四膜虫（Tetrahymena thermophila）Gcn5-组蛋白H3肽-乙酰辅酶A复合物结构对接到ctHAT模块，研究人员推测出组蛋白H3尾链在Gcn5催化中心的路径。结果显示，H3尾链在穿出催化裂隙时会遇到Ada2的一个保守环状结构，而Gcn5的BD恰好位于催化中心附近，这可能通过“锚定”已乙酰化的组蛋白尾链促进协同乙酰化反应。

本研究首次揭示了SAGA复合物中HAT模块的精确结构及其锚定机制，修正了此前基于计算预测的模型误差。结构引导的遗传与生化实验不仅验证了Ada1和Spt7在维持HAT模块稳定性中的关键作用，还阐明了Gcn5 BD在催化过程中的潜在功能。此外，HAT模块相对于SAGA核心的显著运动性（如三维变异性分析所示）可能与其在染色质上的动态修饰功能密切相关。这项研究为理解真核生物转录共激活因子的工作机制提供了里程碑式的结构框架，并为开发靶向组蛋白修饰工具的干预策略奠定了理论基础。