上海交通大学艾华松/潘漫/清华大学刘磊最新Nature子刊
来源：iNature 2026-01-14 14:32
这些发现为涉及O-GlcNAc修饰的组蛋白翻译后修饰交叉对话提供了结构证据，并揭示了O-GlcNAc修饰如何通过底物修饰变构激活酶活性。
组蛋白H2B第112位丝氨酸的O-GlcNAc修饰（H2BS112GlcNAc）所激活的H2B第120位赖氨酸单泛素化（H2BK120ub）在转录激活调控中具有重要作用，但其分子机制尚不明确。
2026年1月6日，上海交通大学艾华松，潘漫和清华大学刘磊共同通讯在Nature Chemical Biology 在线发表题为Allosteric activation of RNF20/RNF40–RAD6A-mediated H2BK120 monoubiquitylation by H2BS112 GlcNAcylation的研究论文。该研究通过化学方法合成了H2BS112GlcNAc修饰的核小体，并定量评估了该修饰如何刺激RNF20/RNF40–RAD6A E3–E2酶复合物催化的泛素化反应。
利用冷冻电镜技术测定化学捕获的RNF20/RNF40–RAD6A–Ub–H2BS112GlcNAc核小体复合物结构，发现H2BS112GlcNAc修饰基团与E2酶RAD6A发生相互作用，而与E3连接酶RNF20/RNF40无直接作用。
突变分析与动力学研究表明，H2BS112GlcNAc通过变构效应增强H2B第120位赖氨酸的亲核性，从而促进泛素从RAD6A~Ub硫酯键转移至H2B K120位点。构效关系分析进一步明确了H2BS112GlcNAc修饰基团中C2位N-乙酰基团以及C1位β构型的必要性。
这些发现为涉及O-GlcNAc修饰的组蛋白翻译后修饰交叉对话提供了结构证据，并揭示了O-GlcNAc修饰如何通过底物修饰变构激活酶活性。
自20世纪80年代发现以来，O-GlcNAc修饰——即在靶蛋白的丝氨酸或苏氨酸残基上连接单个O-连接的β-N-乙酰葡糖胺（O-GlcNAc）基团，这些靶蛋白可位于核、胞质、线粒体或质膜隔室——几乎调控所有细胞过程，包括表观遗传程序、蛋白质稳态、能量代谢和激素信号传导。
该蛋白质修饰的动态循环由两种高度保守的酶介导：O-GlcNAc转移酶（OGT）和O-GlcNAc水解酶（OGA），它们响应营养和应激信号。异常的O-GlcNAc修饰与多种慢性疾病相关，例如糖尿病、心血管疾病、神经退行性疾病以及癌症。
研究表明，蛋白质O-GlcNAc修饰可通过改变蛋白质稳定性与结构、酶活性、细胞定位以及蛋白质-蛋白质交互作用来影响蛋白质功能。
近期研究发现，蛋白质O-GlcNAc修饰甚至参与构成“组蛋白密码”，并与其他组蛋白修饰（例如泛素化与磷酸化）发生功能互作或交叉对话，从而调控基因表达和DNA损伤修复。作为首个被证实具有生理功能的组蛋白O-GlcNAc修饰，H2BS112GlcNAc在转录激活和DNA损伤修复中发挥重要作用。
H2BS112GlcNAc可促进H2BK120ub的沉积，从而推动转录激活，这一作用已在体内和体外得到验证。首先，使用OGA抑制剂阻断OGA水解会提高H2BK120ub水平，而抑制OGT活性则会降低H2B泛素化水平。
其次，全基因组分析表明，H2BS112GlcNAc常位于转录基因附近，并在特定基因位点与H2BK120ub显著共定位。
第三，在体外实验中，H2BS112GlcNAc（而非H2B-S112A突变体）能够增强RNF20/RNF40–RAD6A介导的核小体H2B K120泛素化。FLAG标记的H2B（而非其S112A突变体）可与RNF20发生共免疫沉淀，提示H2BS112GlcNAc部分可能作为招募E3连接酶的支抗。
然而，目前在RNF20/RNF40或RAD6A中尚未发现已知的糖结合结构域，且H2BS112GlcNAc如何刺激RNF20/RNF40–RAD6A活性以产生H2BK120ub仍不清楚。
模式机理图（图片源自Nature Chemical Biology ）
利用化学生物学方法解析“糖密码”推动了糖生物学的发展，包括开发用于机制研究的精确糖基化蛋白质化学合成方法，以及开发用于细胞追踪、富集和检测的探针（例如标记糖、抗体或凝集素）。
在本研究中，作者整合了多学科技术，包括化学蛋白质合成、冷冻电子显微镜（cryo-EM）结构生物学、糖基化结构替换和定量生化分析，以探究近端H2BS112GlcNAc促进H2BK120ub的分子机制。
作者的数据意外揭示，H2BS112GlcNAc部分与E2酶RAD6A发生交互作用，而非如先前假设¹⁷那样与E3酶RNF20结合。这种GlcNAc–E2交互作用以变构方式刺激泛素从E2~Ub硫酯释放，且不影响RAD6A与核小体的结合。对O-GlcNAc吡喃糖环进行的构效关系研究，突显了H2BS112GlcNAc部分中C2位N-乙酰基团和C1位β-糖苷键在促进H2B K120泛素化中的关键作用。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41589-025-02109-6
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