Molecular basis of nucleosomal H3K36 methylation by NSD methyltransferases

甲基转移酶 甲基化 核小体 组蛋白 染色质 组蛋白甲基转移酶 组蛋白八聚体 脱甲基酶 细胞生物学 化学 组蛋白甲基化 DNA甲基化 组蛋白密码 生物 生物化学 DNA 基因 基因表达
作者
Wanqiu Li,Wei Tian,Gang Yuan,Pujuan Deng,Deepanwita Sengupta,Zhongjun Cheng,Yinghua Cao,Jiahao Ren,Qin Yan,Yuqiao Zhou,Yulin Jia,Or Gozani,Dinshaw J. Patel,Zhanxin Wang
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:590 (7846): 498-503 被引量:120
标识
DOI:10.1038/s41586-020-03069-8
摘要

Histone methyltransferases of the nuclear receptor-binding SET domain protein (NSD) family, including NSD1, NSD2 and NSD3, have crucial roles in chromatin regulation and are implicated in oncogenesis1,2. NSD enzymes exhibit an autoinhibitory state that is relieved by binding to nucleosomes, enabling dimethylation of histone H3 at Lys36 (H3K36)3-7. However, the molecular basis that underlies this mechanism is largely unknown. Here we solve the cryo-electron microscopy structures of NSD2 and NSD3 bound to mononucleosomes. We find that binding of NSD2 and NSD3 to mononucleosomes causes DNA near the linker region to unwrap, which facilitates insertion of the catalytic core between the histone octamer and the unwrapped segment of DNA. A network of DNA- and histone-specific contacts between NSD2 or NSD3 and the nucleosome precisely defines the position of the enzyme on the nucleosome, explaining the specificity of methylation to H3K36. Intermolecular contacts between NSD proteins and nucleosomes are altered by several recurrent cancer-associated mutations in NSD2 and NSD3. NSDs that contain these mutations are catalytically hyperactive in vitro and in cells, and their ectopic expression promotes the proliferation of cancer cells and the growth of xenograft tumours. Together, our research provides molecular insights into the nucleosome-based recognition and histone-modification mechanisms of NSD2 and NSD3, which could lead to strategies for therapeutic targeting of proteins of the NSD family.
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