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

西北大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究小組有史以來第一次在人類細(xì)胞內(nèi)部窺視，觀察負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)基因表達(dá)的多亞基機(jī)器。該結(jié)構(gòu)稱為介體結(jié)合的預(yù)啟動(dòng)復(fù)合體(Med-PIC)，是確定哪些基因被激活和哪些基因被抑制的關(guān)鍵參與者。介體有助于將其余的復(fù)合物-RNA聚合酶II和一般轉(zhuǎn)錄因子-定位在細(xì)胞想要轉(zhuǎn)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(fù)合物，從而使他們能夠更好地了解其工作原理。由于這種復(fù)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(duì)其結(jié)構(gòu)的新認(rèn)識(shí)可能會(huì)被利用來治療疾病。

這項(xiàng)研究的資深作者西北大學(xué)的元和說：“在基因表達(dá)的背景下，這臺(tái)機(jī)器對(duì)于現(xiàn)代分子生物學(xué)的每個(gè)分支都是如此基礎(chǔ)。” “以3D形式可視化結(jié)構(gòu)將幫助我們回答基本的生物學(xué)問題，例如如何將DNA復(fù)制到RNA。”

該論文的共同第一作者瑞安·阿卜杜拉(Ryan Abdella)補(bǔ)充說：“看到這種結(jié)構(gòu)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(fù)合物中的蛋白質(zhì)是如何結(jié)合在一起以發(fā)揮其功能的。”

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

他是西北大學(xué)溫伯格藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院分子生物科學(xué)的助理教授。He實(shí)驗(yàn)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(xué)家羅杰·科恩伯格(Roger Kornberg)于1990年在酵母中發(fā)現(xiàn)了Mediator復(fù)合物，為此他獲得了2006年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。但是，Mediator包含令人生畏的26個(gè)亞基，與預(yù)初始化復(fù)合體結(jié)合時(shí)總共為56個(gè)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(gè)技術(shù)上非常具有挑戰(zhàn)性的項(xiàng)目。” “這些復(fù)合物很稀少。要獲取少量的蛋白質(zhì)復(fù)合物，需要數(shù)百升很難生長(zhǎng)的人類細(xì)胞。”

當(dāng)He的團(tuán)隊(duì)將樣品放在氧化石墨烯的單層上時(shí)，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(zhǔn)備好樣品后，該團(tuán)隊(duì)使用了cryo-EM(一種相對(duì)較新的技術(shù)，該技術(shù)獲得了2017年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng))來確定蛋白質(zhì)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(shù)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(duì)于此研究，He的團(tuán)隊(duì)捕獲了Med-PIC復(fù)合體的數(shù)十萬張圖像。然后，他們使用計(jì)算方法重建3D圖像。

Talyzina說：“解決這個(gè)復(fù)雜問題就像組裝一個(gè)難題。” “其中一些亞基已經(jīng)從其他實(shí)驗(yàn)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(jié)構(gòu)，我們終于能夠看到整個(gè)復(fù)雜結(jié)構(gòu)并了解其組織。”

所得圖像顯示Med-PIC復(fù)合物為扁平的細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度為45納米。研究人員還驚訝地發(fā)現(xiàn)介體相對(duì)于復(fù)合物的其余部分移動(dòng)，并在鉸鏈點(diǎn)與RNA聚合酶II結(jié)合。

阿卜杜拉說：“調(diào)解員的動(dòng)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(rèn)為這可能會(huì)對(duì)復(fù)合物中關(guān)鍵酶的活性產(chǎn)生影響。”

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