TSRI desarrolla la correspondencia estructural exacta de máquinas moleculares complejas en células

Published on June 6, 2014 at 9:29 AM · No Comments

Las personas llevadas por los investigadores en el The Scripps Research Institute (TSRI) han utilizado técnicas avanzadas de la microscopia electrónica para determinar la primera correspondencia estructural exacta del Mediador, una de las “máquinas moleculares más grandes y de la mayoría complejas” de células.

El Mediador es crucial para la regla de la mayoría de la actividad de genes y trabaja en las células de todas las instalaciones y animales. La correspondencia de su estructura-que incluye más de dos docena proteínas únicas subunidad-representan un avance importante en biología celular básica y deben verter la luz en las dolencias que implican la disfunción del Mediador, de cáncer a los desordenes de desarrollo heredados.

El encontrar demuestra cómo los métodos moleculares recientemente desarrollados de la proyección de imagen se pueden aplicar para caracterizar complejos grandes e importantes de la proteína.

El “Poder determinar cómo estas máquinas moleculares grandes observan, cómo se ordenan y cómo se mueven, será crítico para una mejor comprensión de muchos procesos dominantes en células,” dijo al Profesor Adjunto Francisco J. Asturias, el autor mayor de TSRI del estudio, que fue publicado el 5 de junio de 2014 por la Célula del gorrón.

Una Máquina Compleja

La correspondencia detallada del Mediador viene casi 20 años después del complejo primero fue descrita por el biólogo Rogelio Kornberg de la Universidad de Stanford y los colegas. Kornberg, cuyas piezas del laboratorio incluyeron en ese entonces Asturias, ganó más adelante un Premio Nobel Para su trabajo sobre la maquinaria de la transcripción del gen de células.

Esta maquinaria de la transcripción del gen se desarrolló para realizar una de las funciones más básicas y más rutinarias en biología, a saber el copiado de la información codificada en la DNA de genes en el ARN portátil “transcripciones” - algunos cuyo retén y trabajo en el núcleo de célula, mientras que otras salen el núcleo y se traducen a las proteínas.

Cada célula tiene su propio modelo de la actividad de la transcripción del gen, determinado por un sistema regulador en el cual el Mediador desempeñe un papel imprescindible. El complejo enorme del Mediador permite a factores de la transcripción y a otras proteínas reguladoras influenciar la polimerasa de ARN II que realiza real la transcripción.

Para entender exacto cómo el Mediador hace su trabajo, los científicos han necesitado un modelo tridimensional exacto de su configuración, incluyendo las ubicaciones de todas sus proteínas de la subunidad y una descripción del diverso Mediador de las conformaciones puede adoptar para influenciar acciones recíprocas entre otros componentes de la maquinaria de la transcripción.

Sin Embargo, el Mediador es enorme por patrones biológicos: la versión encontrada en levadura tiene 25 subunidades distintas de la proteína y la versión humana tiene 30. Es también altamente flexible. Esa combinación de la complejidad de gran tamaño, alta y de la alta adaptabilidad le hace a un candidato pobre a métodos de alta resolución de la proyección de imagen tales como cristalografía de la Radiografía o espectroscopia de resonancia magnética nuclear.

Como investigador postdoctoral en el laboratorio de Kornberg en los años 90, Asturias ayudó al pionero el uso de la microscopia electrónica de la “única partícula” (EM) para la proyección de imagen de los complejos grandes de la transcripción tales como Mediador. el EM de la Único-Partícula requiere tomar de millares de imágenes separadas del EM de una partícula de las imágenes “ruidosas” del interés-típico muy, que representan una partícula en diversas orientaciones y quizás también en varias diversas conformaciones. Todos estos datos se deben filtrar y hacer un promedio para reducir el ruido y para rendir retratos tridimensionales útiles. En un estudio 1999 en Ciencia, Asturias y los colegas utilizaron un formulario temprano del EM de la único-partícula para determinar la primera estructura áspera del complejo completo del Mediador.

Por La Mitad la década y desde entonces, el grupo de Asturias ha continuado utilizar técnicas del EM para estudiar al Mediador. Otros han utilizado técnicas de alta resolución para estudiar subunidades del Mediador o las porciones individuales del complejo. Sin Embargo, un retrato sin obstrucción y exacto de cómo los ajustes enteros de la estructura juntos han sido evasivos hasta ahora.

Girar un Modelo en su Cabeza

Para determinar la estructura completa sin obstrucción, Asturias y sus colegas comenzaron produciendo las cantidades altamente puras de una versión estándar de la levadura del proceso de la purificación del Mediador- sí mismo que era un reto importante. Entonces utilizaron esta colección de partículas del Mediador para registrar áspero 85.000 imágenes del EM, que categorizaron según la conformación. Hacer Un Promedio de éstos rindió el modelo más sin obstrucción 3D con todo de la estructura del Mediador, a una resolución de cerca de 18 Angstromes (1,8 billionths de un contador).

Usando otros análisis bioquímicos, incluyendo la substracción de diversas subunidades de la proteína para ver cómo las imágenes del EM cambiadas, los científicos podían determinar las ubicaciones exactas de las subunidades de la proteína del Mediador 25 de la levadura.

Esto correspondencia dada lugar a una revisión completa del viejo modelo áspero de la estructura de la carga-central-cola del Mediador. “Después De Que localizamos todas las subunidades de la proteína, realizamos que el módulo principal está en la cima de Mediador, no la parte inferior como tenido sido pensamiento,” dijo los Kuang-Leus Tsai, becario postdoctoral en el Laboratorio de Asturias, que era primer autor del estudio. “Estos nuevos datos nos han ayudado a tener sentido de muchas observaciones bioquímicas anteriores.”

Asturias y Tsai después colaboraron con el laboratorio de Joan y Ron Conaway-Joan es otro Kornberg alumno-en el Instituto de Stowers para la Investigación Médica en Kansas City. Las personas de Conaway habían estado trabajando en Mediador humano y las muestras puras ahora proporcionadas para la proyección de imagen del EM, así como los análisis bioquímicos de las ubicaciones de la subunidad.

Este trabajo reveló que el Mediador humano comparte la misma configuración amplia, implicando que esta estructura, en general, se ha conservado en los mil millones años de evolución que separan la levadura y a seres humanos. “Los dos Mediadores tienen Básicamente estructura total similar,” dijo a Tsai.

En la parte pasada del estudio, Asturias y Tsai utilizaron los nuevos datos estructurales para mostrar cómo el Mediador cambia probablemente su conformación como obra recíprocamente con la polimerasa de ARN por una parte, y diversos reguladores de la transcripción en el otro.

“Este estudio nos ha dado un retrato bastante definitivo de la configuración del Mediador y cómo se ordenan las diversas subunidades, así que nosotros puede comenzar a trabajar hacia un modelo atómico de la resolución,” Asturias dijo. “También queremos entender mejor cómo el Mediador obra recíprocamente con esas el resto de las proteínas para realizar real la transcripción de una manera regulada.”

Además de Asturias, Tsai y Joan y Ron Conaway, los co-autores del estudio, la “Configuración de la Subunidad y los Cambios Modulares Funcionales del Complejo Transcriptivo del Mediador,” eran Chieri Tomomori-Sato y Shigeo Sato, también del Instituto de Stowers para la Investigación Médica.

La investigación fue financiada en parte por los Institutos de la Salud Nacionales (concesiones R01 GM67167, R01 GM41628) y el Fondo de Investigación Médica de Helen Nelson en el Mayor Asiento de la Comunidad de Kansas City.

The Scripps Research Institute de la Fuente

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