1. Phase-plate cryo-EM structure of the Widom 601 CENP-A nucleosome core particle reveals differential flexibility of the DNA ends
- Author
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Dimitar Angelov, Seyit Kale, Sunil Nahata, Stefan Dimitrov, Lorrie Ramos, Ali Hamiche, Maryam Khoshouei, Jan Bednar, Carlo Petosa, Radostin Danev, Ramachandran Boopathi, Institut de biologie structurale (IBS - UMR 5075), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes (UGA), Institute for Advanced Biosciences / Institut pour l'Avancée des Biosciences (Grenoble) (IAB), Centre Hospitalier Universitaire [Grenoble] (CHU)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Etablissement français du sang - Auvergne-Rhône-Alpes (EFS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA), Laboratoire de biologie et modélisation de la cellule (LBMC UMR 5239), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire (IGBMC), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Max Planck Institute of Biochemistry (MPIB), Max-Planck-Gesellschaft, Max-Planck-Institute of Biochemistry [Martinsried, Germany], Izmir Biomedicine and Genome Center, Dokuz Eylul University Health Campus, INSERM U1209, Institute for Advanced Biosciences, Institute for Advanced Biosciences, INSERM U1209, CNRS UMR 5309, Institute for Advanced Biosciences (IAB), Laboratoire de Biologie Moléculaire de la Cellule (LBMC), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon, Laboratoire Epigenetique et Cancer, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Max-Planck-Institut für Biochemie = Max Planck Institute of Biochemistry (MPIB), École normale supérieure de Lyon (ENS de Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), First Faculty of Medicine Charles University [Prague], ANR-16-CE12-0013,EpiVarZ,Analyses intégratives du variant d'histone H2A.Z au niveau moléculaire, fonctionnel et structural(2016), ANR-18-CE12-0010,ZFun,Fonctions biologiques de l'histone variant H2A.Z(2018), ANR-17-CE11-0019,Chrom3D,Le rôle de l'histone H1 et de CENP-C dans la structure et les propriétés épigénétiques de la chromatine(2017), École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), and Bednar, Jan
- Subjects
AcademicSubjects/SCI00010 ,Cryo-electron microscopy ,[SDV]Life Sciences [q-bio] ,macromolecular substances ,Molecular Dynamics Simulation ,Biology ,DNA-binding protein ,03 medical and health sciences ,Histone H3 ,chemistry.chemical_compound ,0302 clinical medicine ,Structural Biology ,[SDV.BBM.GTP]Life Sciences [q-bio]/Biochemistry, Molecular Biology/Genomics [q-bio.GN] ,Centromere ,Genetics ,Humans ,Nucleosome ,ComputingMilieux_MISCELLANEOUS ,030304 developmental biology ,0303 health sciences ,Cryoelectron Microscopy ,DNA ,Nucleosomes ,Chromatin ,[SDV] Life Sciences [q-bio] ,[SDV.BBM.BS]Life Sciences [q-bio]/Biochemistry, Molecular Biology/Biomolecules [q-bio.BM] ,Histone ,chemistry ,Biophysics ,biology.protein ,Centromere Protein A ,030217 neurology & neurosurgery - Abstract
The histone H3 variant CENP-A marks centromeres epigenetically and is essential for mitotic fidelity. Previous crystallographic studies of the CENP-A nucleosome core particle (NCP) reconstituted with a human α-satellite DNA derivative revealed both DNA ends to be highly flexible, a feature important for CENP-A mitotic functions. However, recent cryo-EM studies of CENP-A NCP complexes comprising primarily Widom 601 DNA reported well-ordered DNA ends. Here, we report the cryo-EM structure of the CENP-A 601 NCP determined by Volta phase-plate imaging. The data reveal that one (‘left’) 601 DNA end is well ordered whereas the other (‘right’) end is flexible and partly detached from the histone core, suggesting sequence-dependent dynamics of the DNA termini. Indeed, a molecular dynamics simulation of the CENP-A 601 NCP confirmed the distinct dynamics of the two DNA extremities. Reprocessing the image data using two-fold symmetry yielded a cryo-EM map in which both DNA ends appeared well ordered, indicating that such an artefact may inadvertently arise if NCP asymmetry is lost during image processing. These findings enhance our understanding of the dynamic features that discriminate CENP-A from H3 nucleosomes by revealing that DNA end flexibility can be fine-tuned in a sequence-dependent manner.
- Published
- 2020
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