La técnica Cryo-EM permite que los investigadores visualicen Imágenes grandes de la transcripción en la resolución cercano-atómica

Una vista molecular sin precedente de las acciones tempranas críticas en la expresión génica, un proceso esencial para toda la vida, ha sido proporcionada por los investigadores en la Universidad de Estado de Georgia, la Universidad de California en Berkeley y la Universidad Northwestern.

la microscopia del Cryo-Electrón (cryo-EM), una técnica que estudia muestras en las temperaturas criogénicas, combinadas con el modelado de cómputo avanzado, permitió que los investigadores visualizaran complejos grandes del pre-lanzamiento de la transcripción (PIC) en la resolución cercano-atómica. La IMAGEN es un ensamblaje de la proteína que coloca la polimerasa de ARN de la enzima así que puede comenzar la transcripción.

Las nuevas estructuras vertieron la luz en los cambios conformacionales secuenciales en la IMAGEN en el proceso del lanzamiento de la transcripción, incluyendo el reconocimiento de la región del promotor de DNA donde la transcripción de un gen comienza, abriendo esta región del promotor e iniciando la transcripción. El estudio fue publicado en la Naturaleza del gorrón.

Los Genes se componen de la DNA, que sirve como depósito de toda nuestra información genética. Para utilizar la información codificada en un gen, la polimerasa de ARN debe hacer una copia bajo la forma de ARN de mensajero. El proceso de copiado, llamado transcripción, es una de las actividades centrales necesarias para la vida.

Al principio de este proceso rigurosamente controlado, la polimerasa de ARN y las proteínas generales del factor de la transcripción ensamblan en un sitio específico a lo largo de la DNA para formar una IMAGEN. Requieren al ensamblaje de la IMAGEN para abrir la hélice doble-trenzada de la DNA del promotor, colocar la DNA en el sitio activo de la polimerasa de ARN y comenzar el proceso de la transcripción. Las transcripciones del ARN de mensajero entonces se utilizan para producir las proteínas, los bloques huecos de cuerpos humanos.

“Este papel proporciona a la información estructural detallada en los complejos que participan en los primeros tiempos del proceso de la transcripción,” dijo a Ivaylo Ivanov, profesor adjunto de la química en el Estado de Georgia. “Exploramos los pasos de progresión que la polimerasa de ARN y los factores generales de la transcripción admiten orden para abrir la burbuja de la transcripción y para comenzar el proceso de la transcripción. Éste es un sistema muy importante que no era accesible por cristalografía o ningún otro método estructural antes. Ésta es la primera reconstrucción cercano-atómica Cryo-EM del ensamblaje humano de la IMAGEN.”

La interconexión y la cristalografía Químicas habían proporcionado a ojeadas de los complejos parciales de la polimerasa de ARN de organismos eucarióticos tales como levadura, pero estas técnicas no podrían resolver la estructura del complejo entero de la IMAGEN. Las acciones y los procesos que llevaban a la DNA que desenrollaba por la IMAGEN y la formación de una burbuja de la transcripción, una estructura molecular que ocurre durante la transcripción cuando una porción del hilo doble de la DNA se desenrolla, eran entendidos escaso.

Para construir los modelos atómicos detallados del complejo de la IMAGEN, Ivanov y el suyo team técnicas de modelado moleculares integrantes aplicadas. Los cálculos confiaron en la tecnología moderna de la superinformática disponible sin embargo la Ciencia del National Science Foundation y el programa Extremo del Ambiente del Descubrimiento de la Ingeniería y el Centro De Cómputo Científico Nacional de la Investigación En Materias Energéticas. Los investigadores mostraron esa combinación juiciosa de técnicas complementarias--herraje de la dinámica molecular y refinamiento flexibles de coordenadas atómicos con el paquete de programas informáticos de la cristalografía de Phenix--llevado a los modelos comparables en calidad a las estructuras cristalinas en el mismo rango de la resolución.

Los investigadores capturaron la IMAGEN humana en tres diversos estados funcionales: 1) un estado cerrado dedicado con el doble hélice de la DNA de la región del promotor, 2) un estado abierto se enganchó con la burbuja de la transcripción y 3) una inicial que transcribía el complejo contrapesado para realizar la química de la síntesis del ARN de mensajero. Podían también visualizar componentes previamente indeterminados numerosos del ensamblaje humano de la IMAGEN. Las conclusión revelaron la organización completa de la subunidad de un factor de la transcripción llamado TFIIH, que tiene un papel crítico en la apertura de la región del promotor. TFIIH demostró a uno de los pedazos más difíciles del ensamblaje de la IMAGEN resolver.

“Tenemos muchos elementos estructurales nuevamente visualizados antes de los cuales nunca fueron establecidos para el complejo humano,” Ivanov dijimos.

Las Comparaciones entre los estados cerrados, abiertos e iniciales el transcribir de la IMAGEN proporcionan a nuevos discernimientos mecánicos en los procesos del combate de la DNA, de fundir del promotor y de la estabilización de la burbuja de la transcripción.

“Nada de esto habría sido posible sin avances en microscopia electrónica (EM) y sin avances recientes en el modelado de cómputo integrante,” Ivanov dijo. “La capacidad de conseguir las estructuras cercano-atómicas del EM de la resolución ha suceso solamente recientemente con la combinación de la tecnología directa del detector electrónico y de los nuevos algoritmos que calculaban potentes analizar las imágenes.

“En el Cryo-EM último de los años ha experimentado una revolución que permitía por primera vez lograr la resolución comparable a la cristalografía. Esto abre las enormes oportunidades para el campo de la biología estructural de estudiar complejos macromoleculares grandes en detalle atómico sin la necesidad de producir cristales de la proteína.”

Fuente: Universidad de Estado de Georgia