Chromatin modifications that enhance DNA accessibility
染色质修饰可增强 DNA 可及性
基本信息
- 批准号:10718867
- 负责人:
- 金额:$ 52.9万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2023
- 资助国家:美国
- 起止时间:2023-08-01 至 2027-07-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:AcylationAffectAntiviral AgentsAtomic Force MicroscopyBehaviorBindingBiological ProcessCellsChargeChromatinComplexCrystallinsDNADNA IntegrationDNA PackagingDNA-Directed RNA PolymeraseDataDevelopmentDiseaseDissociationEquilibriumExcisionFluorescenceGenesGenetic TranscriptionGrowth FactorHIV-1HistonesIndividualInstructionIntegraseKineticsLearningLysineMeasuresMediatingMetabolicMethodsModificationMolecularMolecular ChaperonesNucleosomesOrganismPhysiologicalPlayProcessProteinsRNAReaderRoleSiteSpecificityStressTestingTimeVirus Replicationcancer cellcancer therapychromatin modificationchromatin remodelinghepatoma-derived growth factorhistone methylationhistone modificationlaser tweezerlens epithelium-derived growth factormimeticsmonomermutantoptic tweezerpreservationsingle moleculetool
项目摘要
Project Summary/Abstract
Chromatin modifications that enhance DNA accessibility: Eukaryotic DNA is tightly packaged into
nucleosomes, which form structural barriers to transcription, yet RNA polymerases effectively read
through chromatinized DNA in cells. Crucial to this apparent paradox are ATP-independent histone
chaperones, which include the heterodimeric FACT (FAcilitates Chromatin Transcription) complex and
the monomeric proteins lens epithelium-derived growth factor (LEDGF) and hepatoma-derived growth
factor 2 (HDGF2). Whereas FACT’s role as a histone chaperone is well-established, LEDGF and HDGF2
were only recently implicated as having histone chaperone activity. Furthermore, LEDGF and HDGF2
have also been implicated in modulating human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) DNA integration
into chromatin, with LEDGF playing a dominant role, but the mechanisms remain unclear. We
hypothesize that: (i) FACT facilitates chromatin remodeling by preferentially binding to nucleosomes
destabilized by post-translational histone modifications, preserving histone-DNA interactions necessary
for nucleosome reassembly; (ii) LEDGF and HDGF2 function as reader proteins, working selectively
through their preferential binding to regions rich in H3K36me2/3 histone modifications, but have
mechanistic similarities to FACT imparted by auxiliary domains; (iii) through their histone chaperone
activity, LEDGF and HDGF2 proteins modulate HIV-1 DNA integration into actively transcribed genes
characterized by chaperone-destabilized H3K36me2/3-rich chromatin. We propose two aims:
Aim 1: Define the differential effects of FACT on the chromatin state To test the hypothesis that
FACT acts as a chaperone by preferentially binding to unwound chromatin intermediates and chromatin
destabilized by histone modifications, we will apply forces with optical tweezers to determine the
equilibrium stability, fluctuational opening rate, and the ability of nucleosomes to reassemble after
disruption in the presence of WT, mutant, and truncated FACT for histones modified through destabilizing
acylation modifications. The results will reveal the extent to which FACT activity can be regulated by
destabilizing histone modifications. Aim 2: Determine the mechanisms by which LEDGF and HDGF2
act as histone chaperones and facilitators of HIV-1 integration. To test the hypotheses that LEDGF
and HDGF2 bind H3K36me2/3-containing nucleosomes and mediate nucleosome disassembly and
reassembly and that LEDGF and HDGF2 direct HIV-1 DNA integration at H3K36me2/3-enriched loci
through their nucleosome chaperone activity at these sites, we will measure the effects of wild type and
mutant LEDGF and HDGF2 on nucleosome stability, dynamics and reassembly, as well as their effects
on HIV-1 integrase binding. The results will determine the mechanism of LEDGF and HDGF2
nucleosome chaperone activity and the role played by histone methylation in regulating that activity.
项目概要/摘要
增强 DNA 可及性的染色质修饰:真核 DNA 被紧密包装在
核小体,形成转录的结构障碍,但 RNA 聚合酶可以有效地读取
这种明显悖论的关键是不依赖于 ATP 的组蛋白。
分子伴侣,包括异二聚体 FACT(促进染色质转录)复合物和
单体蛋白晶状体上皮源性生长因子 (LEDGF) 和肝癌源性生长
FACT、LEDGF 和 HDGF2 之间的因子 2 (HDGF2) 作为组蛋白伴侣的作用是明确的。
最近才发现 LEDGF 和 HDGF2 具有组蛋白伴侣活性。
还涉及调节人类免疫缺陷病毒 1 型 (HIV-1) DNA 整合
LEDGF 发挥主导作用,但其机制仍不清楚。
提出:(i)FACT 通过优先结合核小体促进染色质重塑
因翻译后组蛋白修饰而不稳定,保留必要的组蛋白-DNA 相互作用
用于核小体重组;(ii) LEDGF 和 HDGF2 作为读取蛋白,选择性地发挥作用
通过它们优先结合富含 H3K36me2/3 组蛋白修饰的区域,但
辅助结构域与 FACT 的机制相似性 (iii) 通过其组蛋白伴侣
LEDGF 和 HDGF2 蛋白调节 HIV-1 DNA 整合到活跃转录的基因中
以分子伴侣不稳定的 H3K36me2/3 丰富染色质为特征,我们提出了两个目标:
目标 1:定义 FACT 对染色质状态的不同影响 检验以下假设:
FACT 通过优先结合未缠绕的染色质中间体和染色质来充当伴侣
由于组蛋白修饰而不稳定,我们将用光镊施加力来确定
平衡稳定性、波动开放率以及核小体重组后的能力
在 WT、突变体和截短 FACT 存在的情况下,通过不稳定修饰修饰的组蛋白会受到破坏
结果将揭示 FACT 活性受调节的程度。
目标 2:确定 LEDGF 和 HDGF2 的机制。
作为 HIV-1 整合的组蛋白伴侣和促进剂 检验 LEDGF 的假设。
HDGF2 结合含有 H3K36me2/3 的核小体并介导核小体分解和
重组以及 LEDGF 和 HDGF2 在 H3K36me2/3 富集位点指导 HIV-1 DNA 整合
通过它们在这些位点的核小体伴侣活性,我们将测量野生型和
突变体 LEDGF 和 HDGF2 对核小体稳定性、动力学和重组及其影响
HIV-1整合酶结合的结果将确定LEDGF和HDGF2的机制。
核小体伴侣活性以及组蛋白甲基化在调节该活性中所起的作用。
项目成果
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