Priljubljene Objave

Izbira Urednika - 2019

Hitreje, ne močnejše: kako beljakovina uravnava izražanje genov

Anonim

V celici je DNA tesno navit in zapakiran z več proteini v strukturo, imenovano "kromatin", ki omogoča, da se DNA prilega celici, hkrati pa preprečuje izražanje genov v napačnem času. Vodeni s kemično "črtno kodo", specializirani efektorski proteini lahko vežejo kromatin in ga bodisi sprostijo ali kompaktno dajo, da aktivirajo ali utišajo gene. Ta sistem ima velike posledice za biologijo in medicino, npr. Raziskave raka. Vendar pa je bila učinkovitost efektor-kromatin interakcije neuspešna, zlasti glede na šibko vezavo med obema. Sledi tem interakcijam po eni molekuli, znanstveniki EPFL so prvič pokazali, kako močni efektorski proteini pospešijo iskanje kromatinskih vezi, ki se povezujejo z drugimi vrstami te vrste. Eleganten molekularni mehanizem je objavljen v Nature Communications .

oglas


Pakiranje DNA

Vsaka človeška celica vsebuje presenetljivo 1, 8 m DNK. Da se prilega, je DNA tesno ovit okoli proteinov v obliki črke, histone, ki jih spustijo na 0, 09 milimetrov - 20.000-kratno zmanjšanje dolžine. Kompleks histone-DNA se imenuje kromatin. Prek tega lahko celica uravnava, kateri geni so aktivni v vsakem trenutku, tako da se odvijejo tisti del pakirane DNA. Nasprotno, celica lahko "gneča" gene z oblikovanjem kompaktnih in gostih kromatinskih vlaken. Vse to naredijo "efektorski" proteini, ki se prikličejo na kromatin in spremenijo svojo 3D strukturo na odprto ali kompaktno DNA, ki vsebuje gen zanimanja.

Ta mehanizem raziskujejo številna biološka in medicinska področja, npr. Genetika in raziskave raka, saj je ključ za uravnavanje genov v celici. Vendar pa obstajajo vrzeli v našem razumevanju tega, kako tako ključni sistem ostaja učinkovit, glede na to, da je povezava med efektorji in histones prešibka. Predlagano je bilo več teorij, vendar je problem ostal vztrajen.

Hitrejši, ne močnejši

Laboratorij Beat Fierza pri EPFL je zdaj pokazal, da glavni efektorski protein povečuje njegovo učinkovitost ne s krepitvijo vezave kromatina, temveč s hitrejšim vezavo in ponovno vezavo. Beljakovina, imenovana HP1α, se relativno enostavno oddaljuje od kromatina, nekaj, kar je pogosto med proteini, ki delujejo z DNA. Da bi nadomestili to "svobodno vezavo", HP1α pospeši svojo stopnjo vezave, pa tudi dobi skupaj v parih, da maksimira svoje zavezujoče lokacije.

Znanstveniki so uporabili enomolekularne meritve, zelo občutljivo eksperimentalno metodo. Tehnika, ki se v tem kontekstu še nikoli ni uporabljala, je raziskovalcem omogočila opazovanje posameznih proteinov HP1α v realnem času s kromatinom. Ekipa je tudi sintetizirala kromatinska vlakna, ki so vsebovala ustrezne kemične identifikatorje, in ta sistem je uporabil za raziskovanje vezave HP1α v različnih pogojih in eksperimentalnih parametrih.

Poleg povečanja stopnje vezave so znanstveniki ugotovili tudi, da se HP1a pri povezavi z drugimi proteini HP1α poveže z vezavnimi mesti, tako da lahko poveča interakcijo s kromatinom. Pomembno je, da tukaj zapomnimo, da interakcije znotraj celice niso statične; molekule se nenehno povezujejo in prekinjajo, pogosto tekmujejo za isto spletno mesto. S povečanjem njegove vezne hitrosti in pomnožitvijo svojega vezavnega mesta ima HP1α boljše možnosti za vezavo kromatina dlje in s tem uravnavanje izražanja genov.

Glede na pomembnost tega mehanizma za proliferacijo in rast celic ima poseben pomen pri raziskavah raka in potencialno drugih boleznih, ki jih povzroča problematična genska regulacija. Fierzova skupina se zdaj ukvarja s širitvijo njihove metodologije z eno molekulo, da bi preučila bolj zapletene procese, zlasti kako popravljamo poškodovano DNK. "Želimo opazovati zapleteno biologijo, kot se to zgodi, in jo razumemo na količinski ravni, " pravi. "Naše kemične metode nam dajejo popoln nadzor nad dinamiko beljakovin-kromatina, trenutna študija pa predstavlja izhodišče za tako neverjetne vpoglede."

oglas



Story Source:

Materiali, ki jih zagotavlja Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne . Opomba: Vsebino lahko uredite za slog in dolžino.


Referenčni opis revije :

  1. Sinan Kilic, Andreas L. Bachmann, Louise C. Bryan, Beat Fierz. Večvalentnost ureja asociacijsko dinamiko HP1α s tišino stanje kromatina . Narava Communications, 2015; 6: 7313 DOI: 10.1038 / ncomms8313