DOT1Lメチルトランスフェラーゼによるユビキチン化されたヌクレオソームの認識の構造的基礎

ヒストンH3リジン79（H3K79）メチル化は、積極的に転写された遺伝子に濃縮されており、その誤調節は白血病の特徴です。ヌクレオソームの構造化されたディスク面にあるH3K79のメチル化は、DOT1Lメチルトランスフェラーゼによって媒介されます。DOT1L活性はトランスヒストンのクロストーク経路の一部であり、最適な活性のためにリジン120（H2BK120UB）の以前のヒストンH2Bユビキチン化が必要です。ただし、DOT1Lがヌクレオソームにどのように結合するか、H2BK120ユビキチン化によってDOT1Lが活性化される理由の両方を説明する分子の詳細は不明です。ここでは、部位特異的にユビキチン化されたH2BK120と再構成されたヌクレオソームに結合したDOT1LのCryoelectron顕微鏡（CRYO-EM）構造を提示します。この構造は、DOT1Lがバリアントのアルギニンアンカーを使用してヌクレオソーム酸性パッチに関与し、メチル化に備えた立体構造を占めることを明らかにしています。この立体構造では、dot1lとユビキチンは相補的な疎水性表面を介して直接相互作用します。この研究は、正常細胞および白血病細胞におけるDOT1L機能をよりよく理解するためのパスを確立します。

Histone H3 lysine 79 (H3K79) methylation is enriched on actively transcribed genes, and its misregulation is a hallmark of leukemia. Methylation of H3K79, which resides on the structured disk face of the nucleosome, is mediated by the Dot1L methyltransferase. Dot1L activity is part of a trans-histone crosstalk pathway, requiring prior histone H2B ubiquitylation of lysine 120 (H2BK120ub) for optimal activity. However, the molecular details describing both how Dot1L binds to the nucleosome and why Dot1L is activated by H2BK120 ubiquitylation are unknown. Here, we present the cryoelectron microscopy (cryo-EM) structure of Dot1L bound to a nucleosome reconstituted with site-specifically ubiquitylated H2BK120. The structure reveals that Dot1L engages the nucleosome acidic patch using a variant arginine anchor and occupies a conformation poised for methylation. In this conformation, Dot1L and ubiquitin interact directly through complementary hydrophobic surfaces. This study establishes a path to better understand Dot1L function in normal and leukemia cells.