1. 배경지식

   Histone tail의 methylation, acetylation, ubiquitination, phosphorylation 등을 비롯한 화학적 변형이 유전자의 발현과 세포 대사에 영향을 준다는 것은 널리 알려진 사실이지만, 상대적으로 효소의 접근이 어려운 histone의 body site에서 일어나는 변형은 그 메커니즘에 대해 이해된 바가 적습니다. Histone H3의 79 Lysine에서 일어나는 methylation 역시 그 예 중 하나로, gene transcription activation, DNA damage response, cell cycle regulation 등의 다양한 생명 활동에 직접적으로 연관되어 있지만, 유동성이 적은 nucleosome body 중앙부의 lysine에 어떻게 methylase가 접근해 methylation을 일으키는지는 알려지지 않았습니다.

DOT1L은 현재 H3 79 Lysine을 methylation시킨다고 알려진 거의 유일한 enzyme이며, DOT1L의 과 활성화에 의한 H3 K79 over-methylation이 백혈병의 발병, 발달에 치명적이라고 알려지며 의학적으로도 관심을 받고 있는 단백질입니다. 또한 histone H2B의 C-terminal 120 Lysine ubiquitination이 DOT1L의 활성화에 중요하단 것이 알려지며 다른 epigenetic histone code와의 연관성이 주목 받고 있었습니다.

2. 질문

   저희는 본 연구를 통해 DOT1L과 일반적인 nucleosome, 그리고 H2B가 ubiquitination된 변형 nucleosome의 복합체를 구성하고 그 구조를 초저온 전자현미경 (cryo-EM) 기술을 통해 규명했습니다. 규명된 구조를 분석하여 (1) DOT1L이 어떻게 nucleosome의 body site에 안정적으로 결합하는지 규명하고 (2) H2B의 C-terminal ubiquitination이 어떻게 DOT1L의 기능을 강화시키는지 확인하고자 했습니다.

3. 발견

   DOT1L의 catalytic site는 C-terminal의 hydrophobic patch를 ubiquitin에, double arginine loop를 nucleosome의 acidic patch에 마치 닻을 내리듯 결합하고 있었습니다. 그리고 N-terminal 방향으로는 nucleosome의 body를 횡으로 넓게 덮으며 catalytic channel을 목표 아미노산인 H3 79 Lysine에 접근시키고 있습니다. 이것은 마치 경첩 (hinge) 구조 같은 것인데, 일반 nucleosome과 ubiquitinated nucleosome의 구조를 비교했을 때 ubiquitin의 결합이 DOT1L을 회전시켜 catalytic site에 더 가깝게 위치시키는 것을 확인했습니다. 흥미로웠던 것은, 구조를 분석하면서 DOT1L이 기존에 알려진 methylase 기능뿐만 아니라 nucleosome 불안정화 기능을 가진 것을 확인한 점이었습니다.