cPRC1全复合物的冷冻电镜（cryo-EM）结构揭示其组装、酶活性与基因组靶向的分子机制

《Nature Structural & Molecular Biology》：Cryo-EM structure, enzymatic activity and genome targeting of canonical PRC1

　　

典型多梳抑制复合物1（canonical Polycomb repressive complex 1，cPRC1）通过抑制发育调控基因的异常转录来维持细胞命运决定。研究人员报道了人源cPRC1全复合物（holocomplex）的冷冻电镜（cryo-electron microscopy，cryo-EM）结构，该复合物由RING1B、BMI1、PHC2和CBX7组装而成，与H3K27me3修饰的单核小体及泛素结合酶UBCH5C结合。cPRC1采用紧凑且高度整合的架构，其中RING1B、BMI1和PHC2亚基形成延伸的界面，将UBCH5C定位在核小体上，从而实现对组蛋白H2A第119位赖氨酸（K119）的高效单泛素化。这一组织方式在果蝇（Drosophila）中保守，突变分析鉴定出PHC2的直系同源物Polyhomeotic（Ph）是核心支架和靶向因子。Ph的HD结构域为复合物组装所必需，而Ph的SAM结构域虽非组装所必需，但对于cPRC1向多梳靶基因的募集以及在这些位点进行有效的H2A单泛素化至关重要。

**研究背景与科学问题**

多梳抑制复合物1（Polycomb repressive complex 1，PRC1）是Polycomb group（PcG）蛋白家族的核心效应复合物，通过催化组蛋白H2A第119位赖氨酸的单泛素化（H2AK119ub1，简称H2Aub1）以及不依赖泛素化的染色质压缩，维持发育调控基因的稳定沉默，决定细胞命运。尽管PRC1的组成和功能多样性已被广泛研究，其完整复合物的结构信息长期缺失：已有结构仅覆盖单个结构域或二元亚基相互作用，例如RING1B–BMI1 RING finger异二聚体与E2酶UBCH5C融合的晶体结构、BMI1 RAWUL–PHC2 HD的核磁共振结构、RING1B RAWUL–CBX7 C-box复合物结构等。cPRC1亚基如何在完整复合物中排布、全复合物如何结合核小体、催化活性如何在此背景下被协调，均不清楚。为此，研究人员开展了本研究。

**研究内容与主要结论**

研究人员利用单颗粒冷冻电镜（cryo-EM）解析了人源cPRC1（RING1B–BMI1–PHC2–CBX7）与H3K27me3修饰单核小体及泛素结合酶UBCH5C复合物的2.7 ?分辨率结构，并结合体外泛素化实验、电泳迁移率变动分析（EMSA）、化学交联质谱（crosslinking-MS）、AlphaFold3（AF3）建模以及果蝇遗传学、定量质谱和染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq）等手段，系统阐明了cPRC1组装、酶活性和基因组靶向的分子机制。研究表明，cPRC1采取紧凑而高度整合的架构；PHC2与RING1B、BMI1协同形成延伸界面，正确定位UBCH5C，大幅增强H2AK119单