组蛋白乙酰化在调节基因表达和染色质结构方面起着重要作用。细胞核中组蛋白的乙酰化水平由乙酰转移酶（histone acetyltransferase, HAT）和去乙酰化酶（histone deacetylase, HDAC）共同调控。HDAC抑制剂已被用于多种疾病或癌症的临床治疗。然而，由于HDAC活性位点的结构相似性，目前上市的HDAC抑制剂的特异性有限【1】。研究发现锌离子依赖的HDAC一般作为催化亚基存在于多种转录调控复合体中，如SIN3-HDAC、NuRD、CoREST、SMRT/NCoR及MiDAC等【2】。人们渐渐意识到这些复合体对于将HDAC定位于特异染色质区域并实现时空的精准调控至关重要。SIN3-HDAC作为组蛋白去乙酰酶复合体家族中的一个重要分支，从酵母到人源都是保守的，参与了许多细胞过程，包括发育、生长、分化和衰老等等【3,4】。此外，它们还为多种癌症提供了重要的治疗靶标，如三阴性乳腺癌和胰腺癌等【5,6】。人源Sin3蛋白的杂合突变或缺失可能导致伴有颅面缺陷的智力障碍综合症【7】。早先的研究发现SIN3-HDAC组蛋白去乙酰酶复合体有两种亚型（SIN3L和SIN3S）。SIN3L复合体含有10-15个组分，被特殊的转录因子招募至启动子区域发挥作用。SIN3S复合体含有5-6个组分，靶向基因编码区抑制反义转录。由于SIN3-HDAC复合体的组成成分比较复杂，长期以来相关的结构生物学研究较为滞后。西湖大学生命科学学院施一公团队于北京时间2023年4月19日在Cell Discovery在线发表了题为“Two assembly modes for SIN3 histone deacetylase complexes”的研究论文，并于4月20日在Nature Structural & Molecular Biology在线发表了题为“Structure of a SIN3-HDAC complex from budding yeast”的研究论文，分别报道了来自裂殖酵母和酿酒酵母的三个组蛋白去乙酰酶复合体的结构，研究人员采用内源提取的策略，以两种酵母细胞为材料，经过长时间的尝试和优化，最终成功提取了裂殖酵母的SIN3L和SIN3S以及酿酒酵母的SIN3L（也称为Rpd3L）蛋白复合体，并利用单颗粒冷冻电镜技术解析了这三个复合体的结构，分辨率为2.6-3.2 Å。两种酵母的SIN3L复合体的结构比较相似，验证了它们在进化上的保守性。以裂殖酵母的SIN3L为例，研究人员搭建了含有11个亚基的结构模型（图1左）。裂殖酵母的Sin3同源蛋白（Pst1和Pst3）分别与一个组蛋白去乙酰化酶Clr6和一个含有WD40结构域的蛋白Prw1相互作用，形成Pst1 Lobe和Pst3 Lobe。Sds3/Dep1和Rxt2/Png2提供的两个coiled-coil结构域形成支架，将两个Lobe 连接起来。结构分析发现两个Lobe处于不同的构象：Pst1 Lobe呈现舒展的状态，其去乙酰化酶的活性位点暴露在外；而Pst3 Lobe展现出紧缩的状态，其酶活中心被包埋。SIN3S复合体的结构由一个Pst2 Lobe、两个组蛋白结合模块（HB1和HB2）和支架这四个部分组成（图1右）。Pst2 Lobe的构象与SIN3L复合体的Pst1 Lobe相似，其酶活中心暴露在外。SIN3L和SIN3S复合体的结构，揭示了SIN3-HDAC复合体的两种具有代表性的组装机制。结合这些结构特征和以往的报道，研究人员进一步发现不同的组装模式有利于靶向不同的染色质区域。另外，许多基于细胞和动物的研究表明不同的HDAC复合体具有不同的生物活性，影响不同的生理和发育功能。这意味着以HDAC复合体为目标设计药物可能获得高特异性。与其他组蛋白去乙酰酶复合体家族（NuRD、CoREST、SMRT/NCoR和MiDAC）的结构相比，在HDAC的结合模式和对称性这两方面，SIN3-HDAC复合体显示出了很大的差异性。
综上所述，酵母SIN3L和SIN3S复合体的结构解析代表着对SIN3-HDAC家族组蛋白去乙酰酶复合体的理解向前迈出了一大步，并为设计高特异性药物提供潜在的策略。西湖大学生命科学学院施一公团队副研究员王程程、占谢超为两篇文章的共同通讯作者，副研究员王程程、博士生郭舟妍和储晨为Cell Discovery文章的共同第一作者，博士生郭舟妍和储晨为Nature Structural & Molecular Biology文章的共同第一作者。施一公教授为本研究提供了大力支持和建议。西湖大学博士生卢怡辰、原西湖大学助理研究员张晓峰、西湖大学理学院研究员吴明轩和博士生肖义杭参与了本研究的部分工作。北京协和医院黄超兰教授和高帅鑫高级工程师参与了质谱部分的工作。https://www.nature.com/articles/s41421-023-00539-xNature Structural & Molecular Biology论文链接：https://www.nature.com/articles/s41594-023-00975-z
1 Micelli, C. & Rastelli, G. Histone deacetylases: structural determinants of inhibitor selectivity. Drug Discov Today 20, 718-735, doi:10.1016/j.drudis.2015.01.007 (2015).
2 Yang, X. J. & Seto, E. The Rpd3/Hda1 family of lysine deacetylases: from bacteria and yeast to mice and men. Nat Rev Mol Cell Biol 9, 206-218, doi:10.1038/nrm2346 (2008).
3 Adams, G. E., Chandru, A. & Cowley, S. M. Co-repressor, co-activator and general transcription factor: the many faces of the Sin3 histone deacetylase (HDAC) complex. Biochem J 475, 3921-3932, doi:10.1042/BCJ20170314 (2018).
4 Nascimento, E. M. et al. The opposing transcriptional functions of Sin3a and c-Myc are required to maintain tissue homeostasis. Nat Cell Biol 13, 1395-1405, doi:10.1038/ncb2385 (2011).
5 Kwon, Y. J. et al. Selective Inhibition of SIN3 Corepressor with Avermectins as a Novel Therapeutic Strategy in Triple-Negative Breast Cancer. Mol Cancer Ther 14, 1824-1836, doi:10.1158/1535-7163.MCT-14-0980-T (2015).
6 Rielland, M. et al. Senescence-associated SIN3B promotes inflammation and pancreatic cancer progression. J Clin Invest 124, 2125-2135, doi:10.1172/JCI72619 (2014).
7 Witteveen, J. S. et al. Haploinsufficiency of MeCP2-interacting transcriptional co-repressor SIN3A causes mild intellectual disability by affecting the development of cortical integrity. Nat Genet 48, 877-887, doi:10.1038/ng.3619 (2016).
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