Cette étude est dirigée par le Dr Na Yang (State Key Laboratory of Medicinal Chemical Biology, College of Pharmacy and Key Laboratory of Medical Data Analysis and Statistical Research of Tianjin, Nankai University) et le Dr Bing Zhu (National Laboratory of Biomacromolecules, CAS Centre d’excellence en biomacromolécules, Institut de biophysique, Académie chinoise des sciences). Le Dr Jixue Sun est le premier auteur de cet article.
Des études antérieures ont montré que le cofacteur nucléaire de type ubiquitine UHRF1 active DNMT1 d’une manière dépendante de l’ubiquitination de l’histone H3 (Bostick et al., 2007; Nishiyama et al., 2013; Qin et al., 2015; Sharif et al., 2007). H3Ub2 reconnaît DNMT1 en se liant au domaine RFTS. La structure résolue du complexe H3Ub2-RFTS montre que l’histone H3 occupe la position d’une boucle auto-inhibitrice de DNMT1 et que les deux groupes d’ubiquitine sont intimement en contact avec le lobe N de RFTS. Par rapport à la structure apo de RFTS, l’hélice α4 subit une courbure évidente dans le sens inverse des aiguilles d’une montre (Ishiyama et al., 2017; Li et al., 2018), qui est considérée comme la clé pour activer DNMT1 avec d’autres changements de conformation. Cependant, le mécanisme dynamique de l’activation de DNMT1 par H3Ub2 n’a pas été complètement élucidé au niveau moléculaire en raison du manque d’informations structurelles complètes ou des limites de résolution spatiale et temporelle des études précédentes.
Dans l’étude, il a été constaté que H3Ub2 favorise la flexion de l’hélice α4 du RFTS lors des simulations de dynamique moléculaire multi-échelles, et la conformation de « flexion » peut être réinduite en une conformation « droite » lorsque H3Ub2 est retiré de la systèmes de simulation. De plus, les résultats de l’analyse des composants principaux combinés à l’analyse du cluster communautaire ont montré que le domaine RFTS tourne d’environ 20 ° dans le sens inverse des aiguilles d’une montre et s’éloigne d’environ 3 Å du domaine de reconnaissance cible (TRD) lors de la liaison H3Ub2, entraînant l’exposition du noyau catalytique de DNMT1.
De plus, le réseau de liaisons hydrogène aux interfaces de RFTS-TRD et RFTS-CD est significativement perturbé après la liaison H3Ub2. Les substitutions d’alanine de tous les résidus cruciaux pour la formation de liaisons hydrogène affaiblissent les interactions entre le domaine RFTS et le noyau catalytique de DNMT1, entraînant des changements conformationnels importants et rapides au cours des simulations, ce qui contribue à activer la conformation auto-inhibée de DNMT1 en ouvrant le substrat pochette de reliure dans le CD.
Cette étude a révélé les mécanismes moléculaires de l’activation dynamique de DNMT1 par H3Ub2, notamment : ① L’induction de la courbure de l’hélice α4 dans le domaine RFTS de DNMT1. ② Favoriser la rotation de RFTS loin du domaine TRD proche du cœur catalytique. ③ Atténuation des interactions entre RFTS et TRD-CD qui facilite l’exposition de la poche de liaison à l’ADN dans le CD.
