La tecnica Cryo-EM permette che i ricercatori prevedano il grande PICs della trascrizione a risoluzione quasi-atomica

Una visualizzazione molecolare senza precedenti degli eventi iniziali critici nell'espressione genica, un trattamento essenziale per tutta la vita, è stata fornita dai ricercatori alla Georgia State University, dall'Università di California a Berkeley e dalla Northwestern University.

la microscopia dell'Cryo-Elettrone (cryo-EM), una tecnica che studia i campioni alle temperature criogeniche, combinate con la modellistica di calcolo avanzata, ha permesso che i ricercatori prevedessero i grandi complessi di pre-inizio della trascrizione (PIC) a risoluzione quasi-atomica. Il PIC è un assembly della proteina che posiziona il RNA polimerasi degli enzimi in modo da può iniziare la trascrizione.

Le nuove strutture fanno luce sui cambiamenti conformazionali sequenziali nel PIC in tutto il trattamento di inizio della trascrizione, compreso il riconoscimento della regione del promotore di DNA in cui la trascrizione di un gene comincia, aprente questa regione del promotore ed iniziante la trascrizione. Lo studio è stato pubblicato nella Natura del giornale.

I Geni si compongono di DNA, che servisce da repository di tutte le nostre informazioni genetiche. Per utilizzare le informazioni codificate in un gene, il RNA polimerasi deve fare una copia sotto forma di RNA messaggero. Il trattamento di copiatura, chiamato trascrizione, è una delle attività centrali necessarie per vita.

All'inizio di questo trattamento ben controllato, il RNA polimerasi e le proteine generali di fattore di trascrizione montano ad un sito specifico lungo il DNA per formare un PIC. L'assembly del PIC è richiesto per l'apertura dell'elica di DNA a doppia elica del promotore, il posizionamento del DNA nel sito attivo del RNA polimerasi ed iniziare il trattamento della trascrizione. Le trascrizioni del RNA messaggero poi sono usate per produrre le proteine, le particelle elementari dei corpi umani.

“Questo documento fornisce informazioni strutturali dettagliate sui complessi che partecipano alle fasi iniziali del trattamento della trascrizione,„ ha detto Ivaylo Ivanov, professore associato di chimica allo Stato della Georgia. “Esploriamo i punti che il RNA polimerasi ed i fattori di trascrizione generali contengono l'ordine per aprire la bolla della trascrizione e per cominciare il trattamento di trascrizione. Ciò è un sistema molto importante che non era prima accessibile con la cristallografia o qualunque altro metodo strutturale. Ciò è la primissima ricostruzione quasi-atomica Cryo-EM dell'assembly umano del PIC.„

Il inter-collegamento e la cristallografia del Prodotto Chimico avevano fornito le occhiate dei complessi parziali del RNA polimerasi dagli organismi eucariotici quale lievito, ma queste tecniche non potrebbero risolvere la struttura di intero complesso del PIC. Gli eventi ed i trattamenti che piombo al DNA che si svolge dal PIC e dalla formazione di bolla della trascrizione, una struttura molecolare che si presenta durante la trascrizione quando una parte di doppio filo del DNA è svolta, sono stati capiti insufficientemente.

Per sviluppare i modelli atomici dettagliati del complesso del PIC, Ivanov e suo team le tecniche modellanti molecolari integranti applicate. I calcoli hanno contato sulla tecnologia moderna di supercomputing disponibile comunque la Scienza del National Science Foundation ed il programma Estremo dell'Ambiente di Scoperta di Assistenza Tecnica ed il Centro Di Elaborazione Scientifico Nazionale di Ricerca Energetica. I ricercatori hanno mostrato quella combinazione giudiziosa di tecniche complementari--installazione di dinamica molecolare e perfezionamento flessibili delle coordinate atomiche con il pacchetto di programmi di cristallografia di Phenix--piombo ai modelli comparabili nella qualità ai sistemi cristallini nello stesso intervallo di risoluzione.

I ricercatori hanno catturato il PIC umano in tre stati funzionali differenti: 1) uno stato chiuso impegnato con la doppia elica del DNA della regione di promotore, 2) uno stato aperto si è impegnato con la bolla della trascrizione e 3) un'iniziale che trascrive sospeso complesso per effettuare la chimica della sintesi del RNA messaggero. Poteva egualmente prevedere le numerose componenti precedentemente indeterminate dell'assembly umano del PIC. I risultati hanno rivelato l'organizzazione completa dell'sottounità di un fattore di trascrizione chiamato TFIIH, che ha un ruolo critico nell'apertura della regione del promotore. TFIIH ha dimostrato uno dei pezzi più difficili dell'assembly del PIC risolvere.

“Abbiamo molti elementi strutturali recentemente visualizzati di cui non sono stati stabiliti mai per il complesso umano prima,„ Ivanov abbiamo detto.

I Confronti fra gli stati chiusi, aperti ed iniziali della trascrizione del PIC forniscono le nuove comprensioni meccanicistiche nei trattamenti dell'impegno del DNA, di fusione del promotore e di stabilizzazione della bolla della trascrizione.

“Nessuno di questo sarebbero stati possibili senza avanzamenti nella microscopia elettronica (EM) e senza avanzamenti recenti nella modellistica di calcolo integrante,„ Ivanov ha detto. “La capacità di ottenere le strutture quasi-atomiche di EM di risoluzione è sembrato soltanto recentemente con la combinazione di tecnologia diretta del rivelatore elettronico e di nuovi algoritmi di calcolo potenti analizzare le immagini.

“Nell'ultimo Cryo-EM di anni ha subito un giro di motore che permette per la prima volta di raggiungere la risoluzione comparabile alla cristallografia. Ciò dà le possibilità tremende per il campo di biologia strutturale studiare i grandi complessi macromolecolari in dettaglio atomico senza la necessità di produrre i cristalli della proteina.„

Sorgente: Georgia State University