在真核生物中，组蛋白乙酰化酶通过将乙酰基团从乙酰辅酶 A 转移至组蛋白的赖氨酸残基上，参与染色质结构的动态调控。A 型组蛋白乙酰化酶负责催化染色质中核小体组蛋白的乙酰化修饰，增加 DNA 模板的可接近性，激活基因转录；B 型组蛋白乙酰化酶则被认为负责细胞质中新生组蛋白上的乙酰化修饰。以往的研究表明，B 型组蛋白乙酰化酶同样存在于细胞核中，然而其在细胞核中的具体功能及作用机制尚不明确。
2024 年 12 月 4 日，
Science Advances
在线发表了北京生命科学研究所/清华大学生物医学交叉研究院何新建课题组题为
「Arabidopsis histone acetyltransferase complex coordinates cytoplasmic histone acetylation and nuclear chromatin accessibility」
的研究论文，揭示了拟南芥 B 型组蛋白乙酰化酶通过形成 NuB4 复合体协同调控细胞质组蛋白乙酰化和细胞核染色质状态的分子机制。
该研究发现拟南芥 B 型组蛋白乙酰化酶 HAG2、组蛋白伴侣 MSI2、MSI3 和 NASP，以及组蛋白 H3 和 H4 相互作用，在细胞质和细胞核中形成 NuB4 复合体。在该复合体中，HAG2 与其辅助亚基 MSI2/3 形成乙酰化模块，负责催化细胞质组蛋白 H4K5Ac 和 H4K12Ac 修饰；乙酰化模块通过组蛋白 H3 和 H4 与 NASP 结合。研究发现，组蛋白乙酰化模块 HAG2-MSI2/3 突变会导致拟南芥提前开花，组蛋白伴侣 NASP 突变无明显表型，而两者同时突变则会导致拟南芥植株的严重发育缺陷，表明 HAG2-MSI2/3 和 NASP 协同调节拟南芥的生长发育 (图 1)。
图 1
HAG2-MSI2/3 和 NASP 协同调节拟南芥的生长发育
在细胞质中，HAG2-MSI2/3 或 NASP 单独突变不会引起组蛋白 H3 和 H4 蛋白水平的变化，但两者同时突变则导致细胞质组蛋白 H3 和 H4 的蛋白总体水平显著降低，表明组蛋白乙酰化模块 HAG2-MSI2/3 与组蛋白伴侣 NASP 协同维持细胞质组蛋白 H3 和 H4 的蛋白水平。因此，拟南芥 NuB4 复合体组分通过结合组蛋白 H3 和 H4，促进它们在细胞质中组装和积累 (图 2)。
在细胞核中，ATAC-seq 分析表明，NuB4 促进转录起始位点 (TSS) 附近区域的染色质可及性，而抑制基因内部和转录终止位点 (TTS) 附近区域的染色质可及性，表明 NuB4 对于维持基因组中核小体的正确分布至关重要。ChIP-seq 分析表明，NuB4 促进 TSS 附近区域的组蛋白 H4K12Ac 水平。通过对 ATAC-seq、ChIP-seq 和 RNA-seq 数据联合分析，发现 NuB4 复合体能够通过促进 TSS 附近组蛋白乙酰化修饰增强染色质可及性，进而促进基因表达。进一步研究发现，NuB4 调节大量细胞周期相关基因的染色质可及性和转录，通过促进细胞分裂过程维持植物的正常生长和发育 (图 2)。
图 2
拟南芥 NuB4 调节组蛋白乙酰化、染色质可及性、基因转录和植物发育
