Structural basis of paralog-specific KDM2A/B nucleosome recognition

核小体 脱甲基酶 组蛋白 染色质 生物 组蛋白H3 细胞生物学 相互作用体 生物化学 化学 遗传学 计算生物学 DNA 基因
作者
Cathy J. Spangler,Aleksandra Skrajna,Caroline A. Foley,Anh Nguyen,Gabrielle R. Budziszewski,Dalal N. Azzam,Eyla C. Arteaga,Holly C. Simmons,C. B. Smith,Nathaniel A. Wesley,Emily Wilkerson,Jeanne-Marie E. McPherson,Dmitri Kireev,Lindsey I. James,Stephen V. Frye,Dennis Goldfarb,Robert K. McGinty
出处
期刊:Nature Chemical Biology [Nature Portfolio]
卷期号:19 (5): 624-632 被引量:27
标识
DOI:10.1038/s41589-023-01256-y
摘要

The nucleosome acidic patch is a major interaction hub for chromatin, providing a platform for enzymes to dock and orient for nucleosome-targeted activities. To define the molecular basis of acidic patch recognition proteome wide, we performed an amino acid resolution acidic patch interactome screen. We discovered that the histone H3 lysine 36 (H3K36) demethylase KDM2A, but not its closely related paralog, KDM2B, requires the acidic patch for nucleosome binding. Despite fundamental roles in transcriptional repression in health and disease, the molecular mechanisms governing nucleosome substrate specificity of KDM2A/B, or any related JumonjiC (JmjC) domain lysine demethylase, remain unclear. We used a covalent conjugate between H3K36 and a demethylase inhibitor to solve cryogenic electron microscopy structures of KDM2A and KDM2B trapped in action on a nucleosome substrate. Our structures show that KDM2–nucleosome binding is paralog specific and facilitated by dynamic nucleosomal DNA unwrapping and histone charge shielding that mobilize the H3K36 sequence for demethylation. Spangler et al. used a substrate inhibitor covalent conjugate strategy to solve cryo-EM structures of nucleosomes in complex with the lysine demethylase KDM2, which demonstrates that KDM2A, but not its closely related paralog, KDM2B, anchors to the acidic patch to direct histone H3K36-specific demethylation.
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