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为探究降解性组蛋白泛素化对基因组进程的影响，研究人员开展了关于 APC/C 介导组蛋白泛素化的研究。结果发现 APC/C 虽能结合核小体但无法泛素化核小体组蛋白，却能泛素化非核小体组蛋白。这为理解染色质调控提供了新视角。
在生命的微观世界里，基因的表达调控和 DNA 的损伤修复等过程至关重要，而这些过程都与染色质密切相关。染色质就像一座精密的 “信息宝库”，其中的组蛋白如同 “管理员”，通过各种修饰来调控基因的 “开合”。组蛋白泛素化作为一种重要的修饰方式，一直备受关注。非降解性组蛋白泛素化在基因表达和 DNA 损伤修复中的作用已较为明确，然而降解性组蛋白泛素化对基因组进程的贡献却如迷雾般难以捉摸。同时，过量的组蛋白会产生毒性，可目前对于组蛋白降解的分子机制却知之甚少。在这样的背景下，为了揭开这些谜团，美国北卡罗来纳大学的研究人员展开了深入研究。
他们的研究成果发表在《Nature Communications》上。研究发现，后期促进复合物 / 细胞周期体（Anaphase Promoting Complex/Cyclosome，APC/C）虽然能通过亚基 APC3 与核小体酸性补丁结合，但却无法对核小体组蛋白进行泛素化修饰。与之相反，APC/C 能够以一种意想不到的方式，广泛地对非核小体的 H2A/H2B 和 H3/H4 复合物进行泛素化。这一发现意义重大，它为理解染色质如何招募 E3 泛素连接酶（如 APC/C）来特异性地修饰染色质结合靶点提供了新的视角，同时也有助于解释非核小体组蛋白水平是如何调节转录过程以及减轻组蛋白毒性的，为深入探究染色质相关进程的调控机制奠定了重要基础。
研究人员在开展此项研究时，运用了多种关键技术方法。在蛋白质相互作用研究方面，使用了核小体亲和蛋白质组学和 pulldown 实验，精确分析了 APC/C 与核小体的结合情况。为了探究组蛋白泛素化修饰位点，运用了质谱技术。在解析蛋白质复合物结构时，采用了冷冻电镜（cryo-EM）技术，直观地观察 APC/C 与组蛋白复合物的相互作用。
下面来具体看看研究结果：
- APC/C 亚基 APC3 与核小体酸性补丁的结合：通过核小体亲和蛋白质组学研究，研究人员发现 APC/C 的八个亚基与核小体酸性补丁的结合存在特异性，突变相关位点会显著影响结合。进一步利用光交联实验证实了 APC3 与核小体酸性补丁的紧密结合，且其结合区域与高迁移率族核小体结合蛋白 1（HMGN1）有相似性，突变 APC3 的相关序列会导致核小体结合能力受损。
- 重组系统中重构核小体并非 APC/C 的底物：研究人员制备了带有荧光标记的核小体，在重组系统中进行实验。结果显示，即便添加了激活的 APC/C、共激活因子以及相关的 E2 泛素结合酶，核小体组蛋白依然未发生泛素化，这表明在该系统中，核小体组蛋白难以被 APC/C 识别并修饰。
- APC/C 在无经典降解标签情况下对非核小体组蛋白的泛素化：尽管核小体组蛋白未被泛素化，但 APC/C 却能高效地对非核小体的 H3/H4 四聚体和 H2A/H2B 二聚体进行泛素化修饰。而且，这种泛素化过程不依赖于经典的降解标签，添加含有经典降解标签的肽段并不能有效抑制组蛋白的泛素化，反而出现了一些意外的现象，比如添加 HSL1 D-box 肽段后，H2A/H2B 二聚体的泛素化水平反而升高。
- APC/C 对组蛋白折叠区和尾部区域赖氨酸的泛素化：研究人员构建了带有荧光标记的无尾组蛋白复合物进行实验，发现无尾组蛋白复合物的泛素化水平相较于全长组蛋白有所降低，但依然存在泛素化现象，这说明 APC/C 不仅能修饰组蛋白的无序尾部区域，也能作用于折叠区域。通过质谱分析，进一步确定了组蛋白上多个泛素化位点，包括尾部和折叠区域。
- 模拟组蛋白泛素化的 APC/C-CDC20 - 组蛋白复合物结构：为了深入了解 APC/C 识别组蛋白的分子机制，研究人员制备了交联的 UBE2C-X-H3/H4 和 UBE2C-X-H2A/H2B E2 底物复合物，并利用 cryo-EM 技术进行分析。结果发现，在 APC/C 的中央催化腔内存在与组蛋白异二聚体相匹配的额外密度，且组蛋白复合物与 APC8 存在相互作用，推测组蛋白复合物通过与 UBE2C 和 APC8 的相互作用，在 APC/C 催化腔内进行动态变化。
- 共激活因子依赖和非依赖的 APC/C 结合及组蛋白泛素化：研究发现，H3/H4 和 H2A/H2B 能直接与 APC/C 结合，且这种结合不依赖于共激活因子。同时，共激活因子 CDC20 和 CDH1 能增强 APC/C 介导的组蛋白泛素化，而 UBE2S 的 C 末端肽（UBE2SCTP）也能激活 APC/C 的催化核心，提升组蛋白的泛素化水平，这表明 APC/C 对组蛋白复合物的识别存在共激活因子依赖和非依赖两种机制。
- APC8 促进组蛋白泛素化：研究人员通过实验发现，APC/C 的平台亚复合物（APC/C Plat）能对组蛋白进行微弱的泛素化修饰，而添加 APC8 后，尤其是对 H2A/H2B 底物，泛素化水平显著增强，这说明 APC8 在组蛋白复合物识别和泛素化过程中发挥着重要作用。
- H2A 尾部与 APC8 协同促进 H2B 泛素化：通过构建不同的 H2A/H2B 二聚体进行实验，研究人员发现 H2A 的 N 端尾部对 H2B 的泛素化至关重要，缺失 H2A 的 N 端尾部会严重抑制 H2B 的泛素化，而添加 H2A 的 N 端尾部肽段能剂量依赖性地抑制 H2A/H2B 的泛素化，这表明 H2A 的无序尾部与 APC8 相互作用，从而促进 H2B 的泛素化。
在结论与讨论部分，研究人员总结了 APC/C 在染色质相关进程中的多重作用。APC/C 与核小体的结合，使其能够定位在染色质附近，有利于对染色质相关底物进行多聚泛素化和蛋白酶体介导的降解，同时又能避免对核小体中受保护的组蛋白进行过度降解。在转录和其他基因组过程中，APC/C 可以特异性地降解动员的组蛋白，调节染色质的可及性。此外，APC/C 对非核小体组蛋白的泛素化有助于限制非核小体组蛋白的毒性水平，维持细胞内的组蛋白稳态。这些发现为深入理解染色质调控、细胞周期控制以及组蛋白代谢等生物学过程提供了重要的理论依据，也为相关疾病的研究和治疗开辟了新的方向，具有重要的科学价值和潜在的应用前景。
