2021年3月23日 訊 /生物谷BIOON/ --近日,，一篇發(fā)表在國(guó)際雜志Science上題為“Structure of the human Mediator-bound transcription pre-initiation complex”的研究報(bào)告中，來(lái)自美國(guó)西北大學(xué)等機(jī)構(gòu)的科學(xué)家們通過(guò)研究首次在人類細(xì)胞內(nèi)部觀察到了負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)基因表達(dá)的多個(gè)亞單位機(jī)器,。

研究者表示，稱之為Med-PIC（介導(dǎo)子所結(jié)合的轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合物，Mediator-bound pre-initiation complex）的復(fù)合體是決定哪些基因被激活以及哪些基因被抑制的關(guān)鍵決定子,，介導(dǎo)子有助于將復(fù)合體的其余部分（RNA聚合酶II和一般的轉(zhuǎn)錄因子）定位在細(xì)胞想要轉(zhuǎn)錄的基因起始位置。隨后研究人員使用低溫電鏡技術(shù)（cryo-EM）以高分辨率對(duì)這種復(fù)合體進(jìn)行可視化分析,，這就能夠幫助更深入地理解這種復(fù)合體發(fā)揮作用的分子機(jī)制,，由于這種復(fù)合體在多種人類疾病發(fā)生過(guò)程中扮演關(guān)鍵角色，因此理解其結(jié)構(gòu)組成對(duì)于開發(fā)有效治療這些疾病的療法至關(guān)重要,，這些疾病包括癌癥,、神經(jīng)變性疾病、HIV和代謝性疾病等,。

圖片來(lái)源：Northwestern University

研究者Yuan He表示,，在基因表達(dá)的背景下,，這種“機(jī)器”對(duì)于現(xiàn)代分子生物學(xué)的每一個(gè)分支都是非常基本的,，以3D方式可視化其結(jié)構(gòu)或能幫助我們回答基本的生物學(xué)問(wèn)題,，比如DNA是如何轉(zhuǎn)錄為RNA的。對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察或能幫助研究者理解其工作的機(jī)制,，這就好像拆開一個(gè)普通的家用電器一樣,，看看所有東西是如何組合在一起的，如今研究人員能夠理解復(fù)合體中的蛋白質(zhì)是如何結(jié)合在一起并發(fā)揮功能的,。這項(xiàng)研究中,，研究人員首次以3D的方式觀察到了人類細(xì)胞中的介導(dǎo)子（Mediator）復(fù)合體的結(jié)構(gòu)。

著名的生物化學(xué)家Roger Kornberg于1990年發(fā)現(xiàn)了酵母中的介導(dǎo)子復(fù)合體,，隨后于2006年獲得了諾爾貝化學(xué)獎(jiǎng),，但介導(dǎo)子包含了令人生畏的26個(gè)亞單位，其與啟動(dòng)復(fù)合體結(jié)合后共有56個(gè),，研究人員直到現(xiàn)在才獲得了人類版本的高分辨率圖像,。Roger Kornberg表示，這是一個(gè)在技術(shù)上相當(dāng)具有挑戰(zhàn)性的研究項(xiàng)目,，這些復(fù)合體非常稀缺,，其需要花費(fèi)數(shù)百升的細(xì)胞才能夠獲得少量蛋白復(fù)合體。

這項(xiàng)研究中,，當(dāng)研究者He及其同事將樣本置于單層氧化石墨烯上時(shí),，發(fā)現(xiàn)了意想不到的結(jié)果，基于這種支撐,，石墨烯片就能將成像所需的樣品量降到最低,，而與使用的典型支撐物—無(wú)定形碳相比，石墨烯或能支持更高分辨率成像的信噪比,。當(dāng)準(zhǔn)備好樣本后,，研究人員使用冷凍電鏡技術(shù)來(lái)確定蛋白質(zhì)的3D形狀，這些蛋白質(zhì)通常情況下要比人類頭發(fā)的寬度小數(shù)千倍,，該技術(shù)的原理就是通過(guò)在一個(gè)快速冷凍的樣本上發(fā)射一束電子來(lái)拍攝多張二維圖像,。這項(xiàng)研究中，研究人員捕獲了數(shù)十萬(wàn)張Med-PIC復(fù)合體的圖像,，隨后他們利用計(jì)算機(jī)方法來(lái)重建了其3D圖像,。

研究者Talyzina解釋道,，解決這個(gè)復(fù)雜問(wèn)題就好像組裝一個(gè)拼圖一樣,，其中一些亞單位已經(jīng)能從其它實(shí)驗(yàn)中得知，但我們并不清楚這些碎片是如何組裝在一起或相互作用的,，有了這一最終的結(jié)構(gòu),，我們終于能夠觀察到這個(gè)完整的復(fù)合體并了解其是如何進(jìn)行組裝的了,。由此所產(chǎn)生的圖像顯示，Med-PIC復(fù)合體的是一個(gè)扁平細(xì)長(zhǎng)的結(jié)構(gòu),，其長(zhǎng)度為45納米,，此外研究人員還驚訝地發(fā)現(xiàn)，介導(dǎo)子相對(duì)于復(fù)合體的其它部分會(huì)移動(dòng),，其會(huì)在一個(gè)鉸鏈點(diǎn)處于RNA聚合酶II結(jié)合,。介導(dǎo)子就好像鐘擺一樣，下一步研究人員還將繼續(xù)深入研究理解這種靈活性意味著什么,，研究者認(rèn)為這或許會(huì)對(duì)復(fù)合體內(nèi)關(guān)鍵酶類的活性產(chǎn)生重要的影響效應(yīng),。（生物谷Bioon.com）

參考資料：

【1】R. Abdella，A. Talyzina,，S. Chen,， et al. Structure of the human Mediator-bound transcription preinitiation complex， Science  11 Mar 2021：eabg3074 doi：10.1126/science.abg3074

【2】Researchers reveal 3D structure responsible for gene expression

by Amanda Morris,， Northwestern University