基因表达的早期步骤实时捕获

在尺度太小了,以至于我们的眼睛去看,生命的业务是通过制造蛋白质,传授我们的细胞结构和功能。细胞蛋白得到他们从DNA的遗传指令编码的逐客令,第一序列的复制和在一个多步骤的过程称为转录成RNA。

科罗拉多州立大学的一个科研合作专门从事高分辨率荧光显微镜和计算机建模可视化和非常详细的描述这种生活的本质过程,实时,单个基因的水平。现在,科学家们由博士后研究员琳达Forero-Quintero,首次观察到早期的RNA转录动力学通过记录,何时以及如何启动转录的RNA聚合酶酶结合的DNA序列。

突破性的技术,详细的在《自然通讯,有无数可能的突出物;这些措施包括加强对基本的生物过程的理解,推出某些疾病的遗传基础。

”这是第一次有人看着一个单份基因的RNA聚合酶磷酸化动力学,“Forero说,他们谁是博士后研究员蒂姆•Stasevich Monfort涉嫌在生物化学教授和副教授,副教授Brian Munsky,化学和生物工程。过去,这样的早期转录活动只能可视化使用基因阵列,是人工结构由数以百计的基因拷贝而不是通常存在于细胞核。

Stasevich和Munsky领导协作由高家俊凯克的基础和国家综合医学科学研究所(通过两个最大化调查人员的研究奖),试图揭开和量化实时基因表达的生活,单个细胞。Forero,工作在这两个实验室合作的赞助下,先前研究蛋白质和细胞膜转运蛋白与神经疾病有关。

早期转录活动

中描述的自然通讯,Forero等人设计了一种方法使用一个哺乳动物细胞系建立,设计荧光抗体片段,和一个定制的超级分辨率显微镜捕捉早期转录的过程生动的颜色:蓝色、绿色和红色。更具体地说,他们观察转录的开始循环,当RNA聚合酶II (RNAP2)转录酶磷酸化,或用磷酸基装饰,其氨基酸的尾巴。

“跨学科的科学是一个奇妙的混合的新实验能力和机械的计算建模的单细胞动力学的新方法,这两种非常新颖的在各自领域,“Munsky说,谁监督计算方面的合作。

在实验室中,研究人员他们的抗体片段加载到一个哺乳动物细胞系建立包含一个报告基因转录时,点燃了荧光标记的蛋白质。Stasevich帮助开发的抗体片段,几年前,用荧光标记分子,照亮他们的具体目标RNAP2尾巴。使用这些标记技术结合,研究人员可以在转录周期区分三种不同的步骤,以不同的颜色。有了这个系统获得的图像转化为荧光强度波动。研究人员然后使用这些信号解释的时空组织RNAP2磷酸化在整个转录周期单份基因。

新信息通过计算模型

Munsky的团队由研究生威廉·雷蒙德Forero和Stasevich的显微镜数据翻译成一个基于随机微分方程的计算模型。通过拟合统计模型复制所有的实验结果,计算团队然后扩展他们的分析收集新机械的和定量的信息不同的分子和他们的州通过转录过程。

例如,他们估计有多少个人RNA聚合酶分子收集形成瞬态DNA集群在该地区的推广,这些集群持续多长时间,以及如何,何时何地沿着DNA聚合酶分布本身。他们发现,例如,每个的转录活动产生一群5到40 RNA聚合酶基因的启动子区域周围形成,其中46%最终成功转录RNA。他们还发现,每个RNA大约需要五分钟全部转录和加工提前释放。

Forero说技术有深远的潜力,特别是像CRISPR与新技术相结合,可以挑出特定的基因和操纵。选择一个感兴趣的特定基因,说一个涉及一种疾病,并应用CSU研究者的实时读出的转录循环,可以使研究人员观察疾病过程发生在单个基因的活动水平。

”能够解决的时空动态转录周期,在一个基因,是这项工作的最令人兴奋的方面,“Forero说。

参考:Forero-Quintero LS,雷蒙德·W翰达岛T, et al . Live-cell成像揭示了时空组织内源性RNA聚合酶II磷酸化在单个基因。Nat审稿。2021;12 (1):3158。doi: 10.1038 / s41467 - 021 - 23417 - 0。

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