Los científicos de la Universidad de Rutgers han descubierto la estructura tridimensional de un complejo de activación de la transcripción específica de un gen, proporcionando la primera descripción estructural y mecanicista del proceso que usan las células para activar o activar genes específicos en respuesta a cambios en el tipo celular,estado de desarrollo y medio ambiente.
La transcripción es la primera de una serie de pasos que las células toman para leer la información genética en el ADN.
En un artículo publicado en línea en ciencia hoy, Richard H. Ebright y otros científicos de Rutgers muestran cómo una proteína activadora de la transcripción interactúa con la enzima - ARN polimerasa - que las células usan para realizar la transcripción. También muestran cómo la proteína activadora de la transcripción ayuda a que la ARN polimerasa se una al ADNhélice en un sitio específico que precede a un gen, y cómo la proteína activadora de la transcripción ayuda a la ARN polimerasa a desenrollar la hélice de ADN para iniciar la transcripción del gen.
Los científicos de Rutgers muestran que la proteína activadora de la transcripción funciona uniéndose a una secuencia de ADN específica que precede al gen objetivo y haciendo interacciones adhesivas, similares a Velcro, con la ARN polimerasa que estabilizan los contactos de la ARN polimerasa con secuencias de ADN adyacentes.
Los científicos de Rutgers muestran además que la proteína activadora de la transcripción produce dos conjuntos sucesivos separados de interacciones adhesivas, similares a Velcro, con la ARN polimerasa: una que ayuda a que la ARN polimerasa se una a la hélice de ADN, y un segundo conjunto que ayuda a que la ARN polimerasa desenrolleHélice de ADN.
"Determinar la estructura de un complejo de activación de la transcripción específica de un gen ha sido un objetivo de los investigadores durante casi cuatro décadas", dijo Ebright, profesor de la Junta de Gobernadores de química y biología química y director de laboratorio en el Instituto de Microbiología Waksman en Rutgers.
El equipo de investigación también incluyó al investigador asociado de investigación de Rutgers, Yu Feng, y al profesor asistente de investigación de Rutgers, Yu Zhang.
"Este es un documento histórico", dijo Steve Busby, profesor de bioquímica de la Universidad de Birmingham, Reino Unido, que no formó parte del estudio. "Por primera vez, tenemos una imagen molecular completa de la activación de la transcripción enun promotor objetivo. Informes anteriores han descrito componentes del proceso, o se han basado en reconstrucciones a partir de datos de baja resolución. Aquí, Ebright y sus colegas han resuelto el problema al usar componentes de bacterias que crecen a altas temperaturas. Esto da como resultado soluciones a algunos elementos básicos.preguntas acerca de cómo funcionan los activadores, pero también el uso del sistema termófilo descubre alguna variación inesperada, ilustrando cómo se puede elaborar un mecanismo fundamental en diferentes ramas del árbol evolutivo ".
La estructura determinada por los investigadores de Rutgers es la estructura de un complejo de activación de la transcripción que contiene la proteína activadora TTHB099 TAP de la bacteria Thermus thermophilus. Debido a que la TAP está estrechamente relacionada en secuencia y estructura con el activador de la transcripción bacteriana prototípico más conocidoproteína: la proteína activadora del catabolito CAP, también conocida como proteína cíclica del receptor AMP CRP, los resultados proporcionan un marco para comprender la activación de la transcripción bacteriana. Debido a que las maquinarias de transcripción en bacterias y organismos superiores están relacionadas estructural y mecánicamente,la estructura también proporciona un marco para comprender la transcripción y la regulación transcripcional en organismos superiores, incluidos los humanos.
La estructura define las interacciones que la ARN polimerasa y el factor de iniciación de la transcripción sigma hacen con el ADN aguas arriba de un gen. La estructura también define las interacciones que TAP realiza con el ADN, la ARN polimerasa y la sigma.
TAP reconoce y se une a una secuencia de ADN específica aguas arriba del gen. Reconoce la secuencia de ADN específica insertando un par de hélices α en las ranuras de la hélice de ADN y detectando grupos funcionales en los bordes del par de bases de ADN.
La estructura muestra que una superficie expuesta de TAP unida al ADN, llamada AR4, hace contactos de proteína a proteína con el dominio de la subunidad α de la ARN polimerasa α. Esta interacción se realiza antes o durante la unión inicial de la ARN polimerasa al ADN yayuda a que la ARN polimerasa se una al ADN. La estructura muestra que otras dos superficies expuestas de TAP unida al ADN, llamadas AR2 y AR3, hacen contactos de proteína a proteína con la subunidad β de la ARN polimerasa y con sigma. Estas dos interacciones se realizan solo después de la inicialunión de la ARN polimerasa al ADN y ayuda a la ARN polimerasa y sigma a desenrollar el ADN.
Tanto la interacción AR4 como las interacciones AR2 y AR3 son interacciones simples, adhesivas, similares a Velcro que funcionan estabilizando los contactos de la ARN polimerasa y sigma con el segmento de ADN adyacente al segmento de ADN unido por TAP. Las diferentes consecuencias funcionales de los dosLos conjuntos de interacciones -la interacción AR4 facilita la unión del ADN y las interacciones AR2 y AR3 facilitan el desenrollado del ADN- surgen de las diferencias en el momento de las interacciones, no de las diferencias en el carácter de las interacciones.
"El documento proporciona una instantánea deslumbrante del proceso de activación de la transcripción, el proceso mediante el cual se activa un gen en respuesta a una señal instructiva del ambiente", dijo Ann Hochschild, profesora de microbiología e inmunobiología en la Facultad de Medicina de Harvard,quien tampoco formó parte del estudio ". Ebright y sus colegas presentan una estructura cristalina que captura una red de interacciones entre una proteína activadora unida al ADN y la ARN polimerasa la enzima primaria de la expresión génica a punto de comenzar la transcripción génica.Validados por el análisis genético de precisión, los hallazgos estructurales respaldan un mecanismo elegante y unificado para la función activadora ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Rutgers . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :