研究人员揭示了负责基因表达的3D结构

研究人员捕获了数十万张Med-PIC复合物的图像。然后，他们使用计算方法重建3D图像。学分：西北大学

西北大学领导的研究小组有史以来第一次在人类细胞内部窥视，观察负责调节基因表达的多亚基机器。该结构称为介体结合的预启动复合体(Med-PIC)，是确定哪些基因被激活和哪些基因被抑制的关键参与者。介体有助于将其余的复合物-RNA聚合酶II和一般转录因子-定位在细胞想要转录的基因的开始处。

研究人员使用低温电子显微镜(cryo-EM)以高分辨率显示了该复合物，从而使他们能够更好地了解其工作原理。由于这种复合物在许多疾病中都起作用，包括癌症，神经退行性疾病，HIV和代谢性疾病，因此研究人员对其结构的新认识可能会被利用来治疗疾病。

这项研究的资深作者西北大学的元和说：“在基因表达的背景下，这台机器对于现代分子生物学的每个分支都是如此基础。” “以3D形式可视化结构将帮助我们回答基本的生物学问题，例如如何将DNA复制到RNA。”

该论文的共同第一作者瑞安·阿卜杜拉(Ryan Abdella)补充说：“看到这种结构可以使我们理解它的工作原理。” “这就像拆开普通家用电器，看一看所有东西如何组合在一起。现在我们可以了解复合物中的蛋白质是如何结合在一起以发挥其功能的。”

该研究报告将于3月11日发表在《科学》杂志上。这标志着人类介体复合物首次在人体细胞中以3D可视化。

他是西北大学温伯格艺术与科学学院分子生物科学的助理教授。He实验室的研究生Abdella和Anna Talyzina是该论文的第一作者。

著名的生物化学家罗杰·科恩伯格(Roger Kornberg)于1990年在酵母中发现了Mediator复合物，为此他获得了2006年诺贝尔化学奖。但是，Mediator包含令人生畏的26个亚基，与预初始化复合体结合时总共为56个亚基，直到现在，研究人员还是要用它来获得人类版本的高分辨率图像。

他说：“这是一个技术上非常具有挑战性的项目。” “这些复合物很稀少。要获取少量的蛋白质复合物，需要数百升很难生长的人类细胞。”

当He的团队将样品放在氧化石墨烯的单层上时，取得了突破。通过提供这种支撑，石墨烯片使成像所需的样品量最小化。与使用的典型载体(无定形碳)相比，石墨烯改善了用于高分辨率成像的信噪比。

在准备好样品后，该团队使用了cryo-EM(一种相对较新的技术，该技术获得了2017年诺贝尔化学奖)来确定蛋白质的3D形状，这些形状通常比人发的宽度小数千倍。该技术通过在速冻样品上喷射电子流以拍摄许多2D图像而起作用。

对于此研究，He的团队捕获了Med-PIC复合体的数十万张图像。然后，他们使用计算方法重建3D图像。

Talyzina说：“解决这个复杂问题就像组装一个难题。” “其中一些亚基已经从其他实验中获知，但我们不知道这些片段如何组装在一起或彼此相互作用。有了我们的最终结构，我们终于能够看到整个复杂结构并了解其组织。”

所得图像显示Med-PIC复合物为扁平的细长结构，长度为45纳米。研究人员还惊讶地发现介体相对于复合物的其余部分移动，并在铰链点与RNA聚合酶II结合。

阿卜杜拉说：“调解员的动作像钟摆一样。” “接下来，我们想了解这种灵活性的含义。我们认为这可能会对复合物中关键酶的活性产生影响。”

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