ρ蛋白质如何真的停止基因表达吗

新的研究已经确定并描述了一个细胞的过程,尽管教科书所说,直到现在仍难以捉摸的科学家——精确的复制遗传物质,一旦启动,正常关机。

发现问题的一个关键过程必不可少的生活:基因表达的转录阶段,使细胞来完成他们的工作和生活。

在转录过程中,一种叫做RNA聚合酶的酶包裹起来DNA的双螺旋结构,使用一个链匹配核苷酸复制遗传物质,导致新合成链脱落的RNA转录时完成。RNA使蛋白质的生产,对所有生命都是至关重要的,并执行细胞内的大部分工作。

与任何一致的消息一样,RNA需要启动和停止在正确的位置是有意义的。细菌蛋白ρ是50多年前发现的,因为它能够停止,或终止转录。在每一个教科书,ρ作为模型终结者,利用其很强的机动力量,与RNA结合,把它从RNA聚合酶。但是一个近距离的观察,这些科学家表明,ρ无法找到所需的rna释放使用教科书的机制。

“我们开始研究ρ,意识到它不可能工作的方式人们告诉我们,“Irina Artsimovitch说,该研究的联合作者,俄亥俄州立大学的微生物学教授。

《华尔街日报》在线发表的研究科学2020年11月26日,确定,而不是附加附近一块特定的RNA转录和帮助它从DNA,解除ρ实际上“搭便车”期间RNA聚合酶转录。ρ合作与其他蛋白质最终诱导酶通过一系列的结构性变化,最后一个不活跃的状态使RNA的释放。

团队使用先进的显微镜揭示ρ如何作用于一个完整的转录RNA聚合酶组成的复杂和两个辅助蛋白质旅行在转录。

“这是第一个终止在任何系统,复杂的结构,应该是不可能获得因为它分解过快,“Artsimovitch说。

“这回答一个基本问题——转录是生活的基础,但如果没有控制,不会工作。RNA聚合酶本身必须是完全中性的。它必须能够使任何RNA,包括那些损害或可能损害细胞。旅行时用RNA聚合酶,ρ可以告诉如果合成RNA是值得的,如果不是,ρ释放它。”

Artsimovitch做出了很多重要的发现RNA聚合酶如何成功完成转录。她没有着手对抗多年的了解ρ的角色在终止,直到本科学生在她的实验室发现了令人惊讶的突变在ρ遗传学项目工作。

ρ是已知的沉默在细菌毒力基因的表达,基本上保持休眠直到他们需要引起感染。但是这些基因没有任何ρ的RNA序列优先约束。Artsimovitch说,因为它从未有意义,ρ看起来只对特定的RNA序列,甚至不知道他们还连着RNA聚合酶。

事实上,ρ的科学理解机制建立了使用简化的生化实验,经常冷落RNA聚合酶——从本质上说,如何定义一个流程结束没有保理的过程本身。

在这项工作中,研究者使用低温电子显微镜捕获图像的RNA聚合酶作用于大肠杆菌的DNA模板,他们的模型系统。这种高分辨率可视化,结合高端计算,使转录终止的准确建模成为可能。

“RNA聚合酶沿着匹配,成千上万的核苷酸在细菌。复杂的是非常稳定的,因为它必须是——如果RNA被释放,这是失去了,”Artsimovitch说。“然而ρ是能够使复杂的崩溃在几分钟内,如果不是秒。你可以看它,但你不能得到一个稳定的复杂的分析。”

使用一个聪明的方法捕获复合物在他们崩溃使科学家们想象七复合体表示顺序步骤终止通路,从ρ与RNA聚合酶的接触到一个完全不活跃的RNA聚合酶。团队创建的模型基于他们看到什么,然后确定这些模型使用遗传和生化方法是正确的。

虽然这项研究是在细菌,Artsimovitch说这终止过程可能发生在其他形式的生命。

“这似乎是常见的,”她说。“一般来说,细胞从共同祖先使用类似的工作机制。他们都学习相同的技巧,只要这些技巧有用。”

Artsimovitch,与合作者的一个国际研究小组合作,共同研究与马库斯Wahl前俄亥俄州研究生现在在柏林自由大学。

参考:希拉尔说N, T,周日ND, et al .步骤translocation-independent RNA聚合酶失活的终结者腺苷三磷酸酶ρ。科学。2020年。doi:10.1126 / science.abd1673

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