物理科技生物学-PHYICA

揭示关键细胞过程背后秘密的研究驳斥了生浙师大庄巧涵物学教科书

生物 2022-03-19 00:03:19

作者艾米丽·考德威尔,俄亥俄州立大学 前基因的发夹环

突出显示的是核碱基(绿色)和核糖磷酸骨架(蓝色)

请注意,这是一条自我折叠的单链核糖核酸

信用:沃斯曼/维基百科 新的研究已经确定并描述了一种细胞过程,尽管教科书上有所描述,但直到现在科学家们仍然难以捉摸——这正是遗传物质的复制,一旦开始,是如何被正确关闭的

这一发现与生命的一个关键过程有关:基因表达的转录阶段,它使细胞能够生存和工作

在转录过程中,一种叫做RNA聚合酶的酶将自己包裹在DNA的双螺旋周围,用一条链匹配核苷酸来复制遗传物质——导致新合成的RNA链在转录完成时断裂。

核糖核酸能够产生蛋白质,蛋白质对所有生命都是必不可少的,并在细胞内完成大部分工作

就像任何连贯的信息一样,核糖核酸需要在正确的地方开始和停止才能有意义

一种叫做Rho的细菌蛋白质在50多年前被发现,因为它能够停止或终止转录

在每本教科书中,Rho都被用作模型终止子,利用其非常强大的运动力,与RNA结合,并将其从RNA聚合酶中拉出

但是这些科学家的进一步观察表明,Rho无法使用教科书上的机制找到它需要释放的核糖核酸

“我们开始研究Rho,并意识到它不可能以人们告诉我们的方式起作用,”该研究的合著者、俄亥俄州立大学微生物学教授伊琳娜·阿特西莫维奇说

这项研究由《科学》杂志于11月15日在线发布

26,2020,确定Rho实际上在转录期间“搭便车”于RNA聚合酶,而不是在转录结束时附着于特定的RNA片段并帮助其从DNA中解开

Rho与其他蛋白质合作,最终通过一系列结构变化来诱导酶,这些结构变化以一种能够释放核糖核酸的非活性状态结束

该团队使用复杂的显微镜揭示了Rho是如何作用于一个完整的转录复合物的,该复合物由核糖核酸聚合酶和两种伴随转录的辅助蛋白质组成

阿特西莫维奇说:“这是任何系统中终止复合体的第一个结构,并且被认为是不可能获得的,因为它分解得太快了。”

“它回答了一个基本问题——转录是生命的基础,但如果不加以控制,一切都将无法实现

核糖核酸聚合酶本身必须是完全中性的

它必须能够制造任何核糖核酸,包括那些受损或可能损害细胞的核糖核酸

当与核糖核酸聚合酶一起旅行时,Rho可以判断合成的核糖核酸是否值得制造——如果不值得制造,Rho就会释放它

" 阿特西莫维奇在RNA聚合酶如何如此成功地完成转录方面有许多重要发现

她并没有打算反驳多年来对Rho在终止妊娠中的作用的理解,直到她实验室的一名本科生在从事一项遗传学项目时,在Rho发现了令人惊讶的突变

众所周知,Rho可以抑制细菌中毒力基因的表达,基本上使它们处于休眠状态,直到需要它们来引起感染

但是这些基因没有任何Rho优先结合的RNA序列

因此,阿特西莫维奇说,Rho只寻找特定的RNA序列,甚至不知道它们是否仍然附着在RNA聚合酶上,这是没有意义的。

事实上,对Rho机制的科学理解是通过简化的生化实验建立的,这些实验经常忽略了核糖核酸聚合酶——本质上,定义了一个过程如何结束,而没有考虑过程本身。

在这项工作中,研究人员使用低温电子显微镜捕捉在大肠杆菌——他们的模型系统——的DNA模板上运行的RNA聚合酶的图像

这种高分辨率可视化与高端计算相结合,使得转录终止的精确建模成为可能

“核糖核酸聚合酶向前移动,匹配细菌中成千上万的核苷酸

这种复合物非常稳定,因为它必须是——如果核糖核酸被释放出来,它就会丢失,”阿特西莫维奇说

“然而,Rho能够在几分钟之内,甚至几秒钟之内,让这个复合体分崩离析

你可以看看,但是你不能得到一个稳定的复合体来分析

" 科学家们利用一种巧妙的方法在复合物分解之前将其捕获,使他们能够可视化代表终止途径中连续步骤的七个复合物,从Rho与RNA聚合酶的接触开始,到完全失活的RNA聚合酶结束

该团队根据他们所看到的创建模型,然后使用基因和生化方法确保这些模型是正确的

虽然这项研究是在细菌中进行的,但阿特西莫维奇说,这种终止过程可能发生在其他形式的生命中

“这似乎很常见,”她说

“一般来说,细胞使用来自同一祖先的相似工作机制

只要这些技巧有用,他们都学会了相同的技巧

"

来源:由phyica.com整理转载自PH,转载请保留出处和链接!

本文链接:http://www.phyica.com/shegnwu/12710.html

发表评论

用户头像 游客
此处应有掌声~

评论列表

还没有评论,快来说点什么吧~