A técnica Cryo-EM permite que os pesquisadores visualizem o grande PICs da transcrição na definição próximo-atômica

Uma ideia molecular inaudita dos eventos adiantados críticos na expressão genética, um processo essencial para toda a vida, foi fornecida por pesquisadores na Universidade Estadual de Geórgia, na Universidade Da California em Berkeley e na Universidade Northwestern.

a microscopia do Cryo-Elétron (cryo-EM), uma técnica que estudasse amostras nas temperaturas criogênicas, combinadas com a modelagem computacional avançada, permitiu que os pesquisadores visualizassem grandes complexos da pre-iniciação da transcrição (PIC) na definição próximo-atômica. O PIC é um conjunto da proteína que posicione a polimerase de RNA da enzima assim que pode começar a transcrição.

As estruturas novas derramaram a luz nas mudanças conformational seqüenciais no PIC durante todo o processo da iniciação da transcrição, incluindo reconhecendo a região do promotor de ADN onde a transcrição de um gene começa, abrindo esta região do promotor e iniciando a transcrição. O estudo foi publicado na Natureza do jornal.

Os Genes são compo do ADN, que serve como um repositório de toda nossa informação genética. Para usar a informação codificada em um gene, a polimerase de RNA deve fazer uma cópia sob a forma do RNA de mensageiro. O processo de copi, chamado transcrição, é uma das actividades centrais necessárias para a vida.

No início deste processo firmemente controlado, a polimerase de RNA e as proteínas gerais do factor da transcrição montam em um local específico ao longo do ADN para formar um PIC. O conjunto do PIC é exigido abrindo a hélice dobro-encalhada do ADN do promotor, posicionando o ADN no local activo da polimerase de RNA e começando o processo da transcrição. Os transcritos do RNA de mensageiro são usados então para produzir as proteínas, blocos de apartamentos de corpos humanos.

“Este papel fornece informação estrutural detalhada nos complexos que participam nas fases iniciais do processo da transcrição,” disse Ivaylo Ivanov, professor adjunto da química no Estado de Geórgia. “Nós exploramos as etapas que a polimerase de RNA e os factores gerais da transcrição recolhem o pedido para abrir a bolha da transcrição e para começar o processo de transcrição. Este é um sistema muito importante que não seja acessível pelo cristalografia ou por nenhum outro método estrutural antes. Esta é muito a primeira reconstrução Cryo-EM próximo-atômica do conjunto humano do PIC.”

O cruz-ligamento e o cristalografia do Produto Químico tinham fornecido relances de complexos parciais da polimerase de RNA dos organismos eucarióticas tais como o fermento, mas estas técnicas não poderiam resolver a estrutura do complexo inteiro do PIC. Os eventos e os processos que conduzem ao ADN que desenrola pelo PIC e pela formação de uma bolha da transcrição, uma estrutura molecular que ocorresse durante a transcrição quando uma parcela da costa dobro do ADN é desenrolada, foram compreendidos insuficiente.

Para construir modelos atômicos detalhados do complexo do PIC, Ivanov e seu team técnicas de modelagem moleculars integrative aplicadas. Os cálculos confiaram na tecnologia moderna da supercomputação disponível embora a Ciência do National Science Foundation e o programa Extremo do Ambiente da Descoberta da Engenharia e o Centro De Elaboração Científico da Investigação Energética Nacional. Os pesquisadores mostraram essa combinação judiciosa de técnicas complementares--encaixe da dinâmica molecular e refinamento flexíveis de coordenadas atômicas com o pacote de software do cristalografia de Phenix--conduzido aos modelos comparáveis na qualidade às estruturas de cristal na mesma escala da definição.

Os pesquisadores capturaram o PIC humano em três estados funcionais diferentes: 1) um estado fechado contratou com a hélice dobro do ADN da região do promotor, 2) um estado aberto contratou com a bolha da transcrição e 3) uma inicial que transcreve o complexo poised para realizar a química da síntese do RNA de mensageiro. Podiam igualmente visualizar componentes previamente indeterminados numerosos do conjunto humano do PIC. Os resultados revelaram a organização completa da subunidade de um factor da transcrição chamado TFIIH, que tem um papel crítico em abrir a região do promotor. TFIIH provou uma das partes as mais difíceis do conjunto do PIC resolver.

“Nós temos muitos elementos estruturais recentemente visualizados de que foram estabelecidos nunca para o complexo humano antes,” Ivanov dissemos.

As Comparações entre os estados fechados, abertos e iniciais da transcrição do PIC fornecem introspecções mecanicistas novas nos processos de acoplamento do ADN, de derretimento do promotor e de estabilização da bolha da transcrição.

“Nenhuma desta seria possível sem avanços na microscopia de elétron (EM) e sem avanços recentes na modelagem computacional integrative,” Ivanov disse. “A capacidade para obter estruturas próximo-atômicas do EM da definição tem acontecido somente recentemente com a combinação de tecnologia directa do detector de elétron e de algoritmos de computação poderosos novos analisar as imagens.

“No último Cryo-EM dos anos submeteu-se a uma revolução que torna o possível pela primeira vez conseguir a definição comparável ao cristalografia. Isto abre oportunidades tremendas para o campo da biologia estrutural de estudar grandes complexos macromoleculares no detalhe atômico sem a necessidade de produzir cristais da proteína.”

Source: Universidade Estadual de Geórgia