AlphaFold3引导的核小体结合蛋白结构解析：发现ARID4A/4B新型结合机制及RNF168二聚化功能

研究人员针对核小体结合蛋白鉴定效率低、结构解析困难等问题，利用AlphaFold3算法对7600余种人类核蛋白进行系统性预测，成功发现ARID4A/4B新型核小体结合蛋白，并揭示RNF168二聚化增强核小体结合的分子机制。该研究通过冷冻电镜验证预测结果，为染色质调控研究提供了高效计算工具（SF评分体系）和重要实验依据，发表于《Nucleic Acids Research》。

　　

在真核细胞中，核小体作为染色质的基本单元，其表面结合蛋白的识别与功能解析一直是生命科学领域的重大挑战。传统结构生物学方法受限于成本高、耗时长等问题，而人工智能预测工具AlphaFold虽已革新蛋白质结构研究，但在多组分复合体（如核小体-蛋白相互作用）预测中仍存在精度不足的瓶颈。中国科学院生物物理研究所表观遗传调控与干预重点实验室的Xin Yang、Haoqiang Zhu等研究人员在《Nucleic Acids Research》发表的研究，通过开发AlphaFold3引导的计算筛选策略，不仅成功预测了新型核小体结合蛋白，还揭示了泛素连接酶二聚化的调控新机制。

研究团队首先建立了一套包含PAE（预测对齐误差）和pLDDT（局部距离差异测试）的SF评分体系，对7655种人类核蛋白与核小体的相互作用进行量化分析。关键技术包括：（1）基于AlphaFold3的核小体-蛋白复合物大规模预测；（2）冷冻电镜解析RNF168二聚体-核小体复合物结构（分辨率3.9 ?）；（3）电泳迁移率实验（EMSA）和体外泛素化活性检测验证预测结果。

AlphaFold3预测体系的建立与验证

通过分析核小体酸性斑块（H2A E57/E62/E65/D91/E92/E93）这一经典结合界面，研究验证了预测模型的可靠性——对已知酸性斑块结合蛋白的预测准确率达77%（23/30）。值得注意的是，预测发现ARID4A/4B通过其N端1-150残基与核小体结合，其中110-150残基构成的组蛋白结合域（HBD）是关键作用模块。EMSA实验证实，删除HBD或突变其碱性残基（K138/K139/R142/R144）会显著削弱结合能力。

RING家族泛素连接酶的调控机制

研究聚焦RNF168（一种催化H2AK13/K15泛素化的E3连接酶），发现其二聚化能显著增强核小体结合。通过构建单链融合蛋白scE3'-E3-E2（将两个RNF168 RING域与UbcH5c串联），冷冻电镜结构显示：主要E3亚基（E3）结合酸性斑块，次要E3亚基（E3'）则与H2A C端尾部及SHL-6.5 DNA相互作用。这种双结合模式使E2催化中心精确定位至H2A靶标赖氨酸，解释了二聚化提升泛素化活性的现象（图4F显示二聚体活性比单体高50%）。

研究意义与展望

该工作首次将AlphaFold3应用于核小体结合蛋白的大规模挖掘，建立的SF评分体系可有效区分真实相互作用与假阳性。发现的ARID4A/4B核小体结合能力为理解其调控干细胞分化的表观遗传机制提供了新视角。而对RNF168二聚化的结构解析，则揭示了RING家族E3连接酶通过寡聚化增强底物识别的普遍规律。研究者开发的在线数据库（http://bigdata.ibp.ac.cn/ncpbindersdatabase-app）为后续染色质研究提供了宝贵资源。未来研究可进一步探索预测模型在动态复合物（如染色质重塑复合物）中的应用潜力。