Implication of Brdt bromodomains for chromatin compaction during spermatogenesis
La compaction de la chromatine au cours de la spermatogenèse : Rôle des bromodomaines de la protéine Brdt.
Résumé
Post-translational histone modifications that regulate chromatin structure and function are recognized by diverse protein modules, including bromodomains. While the recognition of individual histone marks by such modules is well characterized, the recognition of histones bearing multiple modifications is only poorly understood. Here we investigate how Brdt, a testis-specific member of the BET family of nuclear proteins, associates with hyperacetylated histones through its two bromodomains (BD1 and BD2) to mediate chromatin remodelling during spermiogenesis. Unlike canonical bromodomains, BD1 fails to bind singly acetylated histone tails but has the remarkable ability to recognize histone tails bearing two or more acetyl-lysine marks, with preference for a histone H4 tail dually acetylated on lysines 5 and 8. In contrast, BD2 selectively associates with a histone H3 tail acetylated on lysine 18 but cannot discriminate mono-, di- and tetra-acetylated tails. High-resolution crystal structures of BD1 and BD2 bound to their cognate substrates reveal the basis of this specificity. Selectivity of BD1 for a di-acetylated tail is due to a widened binding pocket that essentially accommodates the two acetyllysine residues as a single epitope. Our findings highlight the complexity of the histone code by exemplifying a mode for the combinatorial readout of histone modifications in which two distinct post-translational marks on a histone tail are simultaneously recognized by a single chromatin-interaction module.
Les modifications post-transcriptionnelles qui régulent la structure et la fonction de la chromatine sont reconnues par de multiples modules protéiques, dont les bromodomaines. Alors que la reconnaissance de modifications individuelles des histones par ces modules est bien caractérisée, la reconnaissance d'histones portant plusieurs modifications est mal connue. Nous avons étudié comment Brdt s'associe à la chromatine acétylée par l'intermédiaire de ses deux bromodomaines (BD1 et BD2) pour induire sa compaction au cours des dernières étapes de la spermatogenèse. Nous avons également étudié l'effet de la mutation K61Q du premier bromodomaine de Brdt, impliquée dans certains cas d'infertilité masculine. BD1, bien que présentant une structure de bromodomaine classique, se montre sélectif pour des formes di-acétylées de la queue N terminale de l'histone H4 avec une préférence pour le peptide H4-K5/K8ac et ne montre pas d'affinité pour les peptides mono-acétylés H4-K5ac, H4-K8ac et H4-K12ac. Au contraire, BD2 présente un spécificité pour l'histone H3 mono-acétylée sur K18. La structure cristallographique du complexe Brdt-BD1/H4‑K5/K8ac révèle que les deux lysines acétylées se placent ensemble dans la cavité hydrophobe du bromodomaine. Ces observations mettent en évidence un nouveau mode de lecture du code histone par lequel un bromodomaine reconnaît spécifiquement le motif formé par l'acétylation de deux lysines adjacentes.