研究人員捕獲了數(shù)十萬張Med-PIC復合物的圖像。然后，他們使用計算方法重建3D圖像。學分：西北大學

西北大學領導的研究小組有史以來第一次在人類細胞內(nèi)部窺視，觀察負責調節(jié)基因表達的多亞基機器。該結構稱為介體結合的預啟動復合體(Med-PIC)，是確定哪些基因被激活和哪些基因被抑制的關鍵參與者。介體有助于將其余的復合物-RNA聚合酶II和一般轉錄因子-定位在細胞想要轉錄的基因的開始處。

研究人員使用低溫電子顯微鏡(cryo-EM)以高分辨率顯示了該復合物，從而使他們能夠更好地了解其工作原理。由于這種復合物在許多疾病中都起作用，包括癌癥，神經(jīng)退行性疾病，HIV和代謝性疾病，因此研究人員對其結構的新認識可能會被利用來治療疾病。

這項研究的資深作者西北大學的元和說：“在基因表達的背景下，這臺機器對于現(xiàn)代分子生物學的每個分支都是如此基礎。” “以3D形式可視化結構將幫助我們回答基本的生物學問題，例如如何將DNA復制到RNA。”

該論文的共同第一作者瑞安·阿卜杜拉(Ryan Abdella)補充說：“看到這種結構可以使我們理解它的工作原理。” “這就像拆開普通家用電器，看一看所有東西如何組合在一起?，F(xiàn)在我們可以了解復合物中的蛋白質是如何結合在一起以發(fā)揮其功能的。”

該研究報告將于3月11日發(fā)表在《科學》雜志上。這標志著人類介體復合物首次在人體細胞中以3D可視化。

他是西北大學溫伯格藝術與科學學院分子生物科學的助理教授。He實驗室的研究生Abdella和Anna Talyzina是該論文的第一作者。

著名的生物化學家羅杰·科恩伯格(Roger Kornberg)于1990年在酵母中發(fā)現(xiàn)了Mediator復合物，為此他獲得了2006年諾貝爾化學獎。但是，Mediator包含令人生畏的26個亞基，與預初始化復合體結合時總共為56個亞基，直到現(xiàn)在，研究人員還是要用它來獲得人類版本的高分辨率圖像。

他說：“這是一個技術上非常具有挑戰(zhàn)性的項目。” “這些復合物很稀少。要獲取少量的蛋白質復合物，需要數(shù)百升很難生長的人類細胞。”

當He的團隊將樣品放在氧化石墨烯的單層上時，取得了突破。通過提供這種支撐，石墨烯片使成像所需的樣品量最小化。與使用的典型載體(無定形碳)相比，石墨烯改善了用于高分辨率成像的信噪比。

在準備好樣品后，該團隊使用了cryo-EM(一種相對較新的技術，該技術獲得了2017年諾貝爾化學獎)來確定蛋白質的3D形狀，這些形狀通常比人發(fā)的寬度小數(shù)千倍。該技術通過在速凍樣品上噴射電子流以拍攝許多2D圖像而起作用。

對于此研究，He的團隊捕獲了Med-PIC復合體的數(shù)十萬張圖像。然后，他們使用計算方法重建3D圖像。

Talyzina說：“解決這個復雜問題就像組裝一個難題。” “其中一些亞基已經(jīng)從其他實驗中獲知，但我們不知道這些片段如何組裝在一起或彼此相互作用。有了我們的最終結構，我們終于能夠看到整個復雜結構并了解其組織。”

所得圖像顯示Med-PIC復合物為扁平的細長結構，長度為45納米。研究人員還驚訝地發(fā)現(xiàn)介體相對于復合物的其余部分移動，并在鉸鏈點與RNA聚合酶II結合。

阿卜杜拉說：“調解員的動作像鐘擺一樣。” “接下來，我們想了解這種靈活性的含義。我們認為這可能會對復合物中關鍵酶的活性產(chǎn)生影響。”

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