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Nature:史上最详细人DNA转录前起始复合体结构出炉!
2022-06-01 13:44
本文摘要:作为所有生命必不可少的一个过程,基因表达分两步:DNAmRNA为RNA,然后RNA翻译成为蛋白。 在一项新的研究中,来自美国佐治亚州立大学、加州大学伯克利分校和西北大学等多家机构的研究人员将低温电镜技术(Cryo-EM)和近期的计算出来建模方法融合在一起,史无前例地详尽解析出近原子分辨率下的人mRNA前接续复合体(transcriptionpre-initiationcomplex,PIC)的分子结构。

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作为所有生命必不可少的一个过程,基因表达分两步:DNAmRNA为RNA,然后RNA翻译成为蛋白。  在一项新的研究中,来自美国佐治亚州立大学、加州大学伯克利分校和西北大学等多家机构的研究人员将低温电镜技术(Cryo-EM)和近期的计算出来建模方法融合在一起,史无前例地详尽解析出近原子分辨率下的人mRNA前接续复合体(transcriptionpre-initiationcomplex,PIC)的分子结构。人PIC是一个蛋白装配体,将RNA聚合酶决定在适合的方位从而保证需要启动mRNA。

  这些新的结构有助了解了解在mRNA接续整个过程---还包括辨识基因mRNA开始启动的DNA启动子区域、关上这个启动子区域和接续mRNA---中人PIC再次发生的一系列构象变化。涉及研究结果于2016年5月11日在线公开发表在Nature期刊上,论文标题为Near-atomicresolutionvisualizationofhumantranscriptionpromoteropening。  基因是由储存着遗传信息的DNA构成的。为了用于基因中编码的遗传信息,RNA聚合酶必须将基因拷贝为信使RNA(mRNA)。

这个拷贝过程就被称作为mRNA。  在这个密切掌控的mRNA过程开始时,RNA聚合酶和一般mRNA因子(generaltranscription  factor)在DNA的特定位点上装配在一起而构成PIC。

这种PIC装配是关上启动子的双链DNA螺旋结构从而将DNA放进在RNA单体酶活性位点上和开始mRNA过程所必须的。所产生的mRNAmRNA本然后就被用来生产蛋白。

  论文作者、佐治亚州而立大学化学副教授IvayloIvanov说道,这篇论文获取这些参予mRNA过程早期阶段的复合体的详尽结构信息。我们研究了为了关上mRNA冷水(transcriptionbubble)和开始mRNA过程,RNA聚合酶和一般mRNA因子所采行的每一个步骤。这是一个十分最重要的系统,在此之前不需要通过晶体结晶或任何其他结构方法展开分析。

这是人PIC复合体的首个将近原子分辨率的Cryo-EM结构修复图。  化学交联和晶体结晶已获取来自酵母等真核生物的部分RNA聚合酶复合体的结构信息,但是这些技术并不需要解析出有原始的PIC复合体的结构。PIC造成DNA解旋的事件和过程,以及mRNA冷水构成---在mRNA期间当一部分双链DNA片段解旋时构成的一个分子结构,它是由RNA聚合酶核心酶、DNA模板链和mRNA构成的RNA新链三者融合构成的mRNA复合物---都并未获得充足地理解。

  为了取得人PIC复合体的详尽结构,研究人员将Cryo-EM和依赖超算技术的统合分子计算出来建模技术融合在一起,捕捉三种有所不同功能状态下的人PIC结构:1)与启动子区域的DNA双螺旋认识时的重开状态;2)与mRNA冷水认识时的关上状态,3)打算继续执行mRNA制备的接续mRNA状态。他们也需要可视化仔细观察人PIC复合体中多种之前未确认的组分。

这些找到说明了出有mRNA因子TFIIH的原始亚基装配结构,其中TFIIH在关上启动子区域中充分发挥着至关重要的起到。TFIIH是PIC复合体中结构最无以解析的组分之一。

  通过对PIC的重开状态、关上状态和接续mRNA状态展开较为,研究人员对DNA认识、启动子解旋和mRNA冷水稳定化产生新的深刻印象了解。  Ivanov说道,若没电子显微技术获得的进展,若没统合计算出来建模技术近期获得的进展,这是不有可能构建的。取得将近原子分辨率的电子显微结构意味着在将电子显微技术与新的分析图像的强劲计算出来算法融合在一起时才有可能构建。


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