罗格斯研究人员展示了基因激活蛋白的工作原理

罗格斯大学的科学家们发现了基因特异性转录激活复合物的三维结构，提供了细胞用于启动或激活特定基因以响应细胞类型，发育状态变化的过程的第一个结构和机制描述。和环境。转录是细胞读取DNA遗传信息的一系列步骤中的第一步。在今天科学在线发表的一篇论文中，Richard H. Ebright和其他Rutgers科学家展示了转录激活蛋白如何与酶-RNA 聚合酶相互作用- 细胞用来进行转录。他们还展示了转录激活蛋白如何帮助RNA聚合酶与基因前特定位点的DNA螺旋结合，以及转录激活蛋白如何帮助RNA聚合酶解开DNA螺旋以启动基因转录。

罗格斯大学的科学家们表明，转录激活蛋白的功能是通过与靶基因之前的特定DNA序列结合，并与RNA聚合酶形成粘附，维可牢尼龙搭扣样相互作用，通过RNA聚合酶与相邻DNA序列稳定接触。罗格斯大学的科学家进一步表明，转录激活蛋白与RNA聚合酶形成两个独立的，连续的胶粘剂，Velcro样相互作用：一个帮助RNA聚合酶与DNA螺旋结合，另一个帮助RNA聚合酶解开DNA螺旋。“确定基因特异性转录激活复合物的结构已经成为研究人员近四十年的目标，”罗格斯大学Waksman微生物学研究所化学与化学生物学教授兼实验室主任Ebright说。

研究团队还包括罗格斯研究员余峰和罗格斯研究助理教授张宇。“这是一篇具有里程碑意义的论文，”英国伯明翰大学生物化学教授史蒂夫巴斯比说，他不参与这项研究。“这是第一次，我们在目标启动子上有完整的转录激活分子图。以前的报告描述了该过程的组成部分，或者依赖于较低分辨率数据的重建。在这里，Ebright及其同事通过使用来解决这个问题。来自细菌在高温下生长的成分。这导致解决激活剂如何工作的一些基本问题，而且嗜热系统的使用揭示了一些意想不到的变化，说明了如何在进化树的不同分支中阐述基本机制。 “。

由Rutgers研究人员确定的结构是转录激活复合物的结构，其含有来自嗜热栖热菌(Thermus thermophilus)的TTHB099激活蛋白(TAP)。因为TAP在序列和结构上与原型，最着名的细菌转录激活蛋白 - 分解代谢物激活蛋白(CAP)，也称为环AMP受体蛋白(CRP)密切相关 - 结果为理解细菌转录提供了框架。激活。由于细菌和高等生物中的转录机制在结构和机制上相关，因此该结构还为理解包括人在内的高等生物中的转录和转录调节提供了框架。

该结构定义了RNA聚合酶和转录起始因子sigma与基因上游的DNA形成的相互作用。该结构还定义了TAP与DNA，RNA聚合酶和sigma的相互作用。

TAP识别并结合基因上游的特定DNA序列。它通过将一对α-螺旋插入DNA螺旋的凹槽并感知DNA碱基对边缘上的官能团来识别特定的DNA序列。

该结构显示DNA结合的TAP的暴露表面，称为AR4，使蛋白质与RNA聚合酶α亚基C末端结构域蛋白质接触。这种相互作用在RNA聚合酶与DNA的初始结合之前或期间进行，并帮助RNA聚合酶与DNA结合。该结构显示DNA结合的TAP的另外两个暴露表面，称为AR2和AR3，使蛋白质与RNA聚合酶β亚基和sigma蛋白质接触。这两种相互作用仅在RNA聚合酶与DNA初始结合并帮助RNA聚合酶和sigma展开DNA后才产生。

AR4相互作用和AR2和AR3相互作用都是简单的，粘着的，维可牢(Velcro)样相互作用，其通过RNA聚合酶和西格玛与邻近由TAP结合的DNA区段的DNA区段稳定接触而起作用。两组相互作用的不同功能结果 - AR4相互作用促进DNA结合，AR2和AR3相互作用促进DNA解旋 - 来自相互作用时间的差异，而不是相互作用特征的差异。

哈佛医学院微生物学和免疫生物学教授Ann Hochschild说：“这篇论文提供了一个令人眼花缭乱的转录激活过程的快照 - 一个基因被开启以响应来自环境的指示信号的过程。”不属于研究的一部分。“Ebright及其同事提出了一种晶体结构，捕获与DNA和RNA聚合酶(基因表达的主要酶)结合的激活蛋白之间的相互作用网络，因为它准备开始基因转录。通过精确遗传分析验证，结构发现支持优雅统一的激活功能机制。“