TSRI framkallar exakt strukturellt kartlägger av komplext molekylärt bearbetar med maskin i celler

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

Ett lag ledde vid forskare på Det Scripps Forskningsinstitut (TSRI) har använt avancerade tekniker för elektronmicroscopy för att bestämma det första exakta strukturellt kartlägger av Medlare, en av de störst, och mest komplext ”molekylärt bearbetar med maskin” i celler.

Medlaren är avgörande för regleringen av mest gen aktivitet och fungerar i växterna och djuren för celler allra. Kartlägga av dess, strukturera-som inkluderar mer, dussint unikt protein än två subunits-föreställer ett viktigt för- i grundläggande cellbiologi och bör utgjuta lätt på läkarundersökning villkorar att gälla Medlare dysfunction, från cancer till övertagna utvecklings- oordningar.

Finna visar hur nyutvecklade molekylära avbilda metoder kan appliceras för att karakterisera stora och viktiga proteinkomplex.

”Vara kompetent att bestämma, hur dessa stora molekylärt bearbetar med maskin look, hur de organiseras och hur dem flyttningen som ska var kritisk för en bättre överenskommelse av många nyckel- bearbetar i celler,” sade den Förbundna Professorn Francisco J. Asturias för TSRI, den höga författare av studien, som publicerades på Juni 5, 2014 vid föra journal överCellen.

Ett Komplex Bearbetar med maskin

Specificerade kartlägger av Medlare kommer nästan 20 år efter komplex beskrevs först av Stanford-Universitetbiologen Roger Kornberg och kollegor. Kornberg, vars labbmedlemmar på tiden inklusive Asturias som var mer sistnämnd segrade en Nobel Pris för hans arbete på gentranskriptionmaskineriet av celler.

Detta gentranskriptionmaskineri evolved för att utföra en av det mest grundläggande och rutinmässigt fungerar i biologi, kopiera namely av informationen kodad i DNAEN av gener in i bärbar RNA ”avskrifter” - några som staget och arbete i cellnucleusen, stund andra går ut nucleusen och översätts av in i proteiner.

Varje cell har dess eget att mönstra av gentranskriptionaktivitet, beslutsamt vid ett reglerande system som Medlaren leker i en oumbärlig roll. Den enorma Medlaren som komplex möjliggör transkription, dela upp i faktorer och andra reglerande proteiner till påverkan RNApolymerasen II som utför faktiskt transkriptionen.

Att förstå exakt, hur Medlaren gör dess jobb, har forskare behövt ett exakt 3-D modellerar av dess arkitektur, däribland lägena allra dess subunitproteiner, och en beskrivning av den olika gestaltningMedlaren kan adoptera till påverkanväxelverkan mellan andra delar av transkriptionmaskineriet.

Emellertid är Medlaren jättelik vid biologiska normal: versionen som finnas i jäst, har 25 distinkt proteinsubunits, och människaversionen har 30. Den är också högt böjlig. Den kombination av stort storleksanpassar, gör kickkomplexitet och kickböjlighet det en fattig kandidat för kickupplösning som avbildar metoder liksom för att Röntga crystallography eller den kärn- magnetiska resonansspektroskopin.

Som en postdoctoral forskare i det Kornberg laboratoriumet i 90-tal hjälpte Asturias banbrytaren bruket av microscopy ”för den singelpartikel” elektronen (EM) för avbilda av stora transkriptionkomplex liksom Medlare. Singel-Partikeln EM kräver ta av tusentals separat EM avbildar av en partikel av intresserar-typisk ”bullrigt” avbildar mycket, som visar en partikel i olika riktningar och kanske också i ett nummer av olika gestaltningar. Alla dessa data måste filtreras, och i genomsnitt uppgå till för att förminska det användbara 3-D för stoja och för avkastning föreställer. I en studie 1999 i Vetenskap använde Asturias och kollegor en tidig sort bildar av singel-partikeln EM för att bestämma den första busen strukturerar av det fulla Medlarekomplex.

I årtiondet och en halva sedan dess, Asturiass har grupp fortsatt för att använda EM-tekniker till studieMedlaren. Andra har använt tekniker med hög upplösning till subunits för studieindividMedlaren eller portionr av komplex. Emellertid föreställer ett klart och ett exakt av hur helheten strukturerar passformar har varit tillsammans gäcka till nu.

Roterande en Modellera på dess Huvud

Att bestämma det fullt strukturera klart, Asturias, och hans kollegor började, genom att producera högt rent antal av en standard jästversion av processaa sig själv vara för Medlare-purification en ha som huvudämneutmaning. De använde därefter denna samling av Medlarepartiklar för att anteckna ungefärligt 85.000 som EM avbildar, som de kategoriserade enligt gestaltning. När du I genomsnitt uppgå till dessa gav den mest klara 3Den modellerar, yet av Medlaren strukturera, till en upplösning av omkring 18 Angstroms (1,8 billionths av en mäta).

Att Använda som var olikt andra biochemical analyser, subtraktionen av olika proteinsubunits som däribland ser, hur EMEN avbildar ändrande, forskarna var kompetent att identifiera preciseralägena av jästMedlare 25 subunits för protein.

Detta att kartlägga som resulteras i en omfattande revidering av den gammala busen, modellerar av Medlare huvud-en mitt-svan strukturerar. ”Efter vi lokaliserade alla proteinsubunits, realiserade vi, att den head enheten är upptill av Medlare, inte bottnen som ht vart tanke,”, sade Kuang-Lei Tsai, en postdoctoral kamrat i det Asturias Laboratoriumet, som var den första författare av studien. ”Har Dessa nya data hjälpt oss att göra avkänning av många föregående biochemical observationer.”,

Asturias och Tsai därefter samarbetade med laboratoriumet av Joan, och Ron Conaway-Joan är en annan Kornberg före detta elev-på det Stowers Institutet för Medicinsk forskning i Kansas City. Det Conaway laget hade varit funktionsdugligt på människaMedlare, och nu förutsatt att rent tar prov för EM som avbildar såväl som biochemical analyser av subunitlägena.

Detta arbete avslöjde att människaMedlaren delar den samma breda arkitekturen som antyder att denna strukturerar har varit, för den mest delen, den bevarade alltigenom miljardåren av evolution som avskiljer jäst och människor. ”I stort har de två Medlarearna den liknande overallen att strukturera,”, sade Tsai.

I den sist delen av studien använde Asturias och Tsai de nya strukturella datan för att visa hur Medlaren ändrar troligen dess gestaltning, som den påverkar varandra med RNApolymerasen å ena sidan, och olika transkriptionregulatorer på annan.

”Har Denna studie givit oss som ett ganska definitivt föreställer av Medlarearkitekturen och, hur de olika subunitsna organiseras, så oss kan starta att fungera in mot en atom- upplösning modellerar,”, sade Asturias. ”Önskar Vi också att förstå bättre hur Medlaren påverkar varandra med alla de andra proteiner faktiskt för att bära ut transkription i ett reglerat sätt.”,

Förutom Asturias var Tsai och Joan och Ron Conaway, co-författarna av studien, ”SubunitArkitektur och Funktionella ModulRearrangements av det Transcriptional MedlareKomplex,” Chieri Tomomori-Sato och Shigeo Sato, också av det Stowers Institutet för Medicinsk forskning.

Forskningen betalades i del av MedborgareInstituten av Vård- (lån R01 GM67167, R01 GM41628) och den Helen Nelson Medicinsk forskningFonden på det mer Stora Kansas City GemenskapFundamentet.

Källa det Scripps Forskningsinstitut

Read in | English | Español | Français | Deutsch | Português | Italiano | 日本語 | 한국어 | 简体中文 | 繁體中文 | Nederlands | Русский | Svenska | Polski