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        新的晶體結(jié)構(gòu)通過(guò)“魔力點(diǎn)”揭示基因調(diào)控的神秘機(jī)制
        
			
        
				2019-04-26 11:52:09
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        利用創(chuàng)新的結(jié)晶技術(shù)研究基因轉(zhuǎn)錄機(jī)制的三維結(jié)構(gòu)，由賓夕法尼亞州立大學(xué)的科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)揭示了對(duì)“魔力點(diǎn)”長(zhǎng)期爭(zhēng)論行動(dòng)的新見(jiàn)解 - 一種控制基因的分子當(dāng)細(xì)菌受到壓力時(shí)，在大腸桿菌和許多其他細(xì)菌中表達(dá)。該研究有助于我們對(duì)細(xì)菌在不利條件下如何適應(yīng)和生存的基本理解，并提供關(guān)于可能成為尋找新抗生素的關(guān)鍵過(guò)程的線索。描述該研究的論文發(fā)表于2018年2月22日的“分子細(xì)胞”雜志。
        

        新的晶體結(jié)構(gòu)通過(guò)“魔力點(diǎn)”揭示基因調(diào)控的神秘機(jī)制
        

        賓夕法尼亞州立大學(xué)生物化學(xué)和分子生物學(xué)教授，該論文的作者，當(dāng)細(xì)菌經(jīng)歷壓力，例如饑餓時(shí)，他們改造了他們的基因表達(dá)。“1969年，我們的合著者邁克爾·卡舍爾發(fā)現(xiàn)當(dāng)細(xì)菌缺乏關(guān)鍵營(yíng)養(yǎng)素時(shí)，大腸桿菌中出現(xiàn)了一種新分子。卡舍爾稱這種分子為色譜圖中的新斑點(diǎn)，即”神奇斑點(diǎn)， “因?yàn)楫?dāng)細(xì)菌被饑餓時(shí)，它看起來(lái)似乎無(wú)處可見(jiàn)。”
        

        隨后神奇斑點(diǎn)顯示為鳥(niǎo)苷四磷酸或ppGpp，其是基因組ATCG字母表中G核苷酸的化學(xué)修飾類似物。它在饑餓和其他脅迫后的出現(xiàn)與500多個(gè)基因的表達(dá)變化有關(guān)，最重要的結(jié)構(gòu)RNA基因是核糖體的組成部分 - 負(fù)責(zé)蛋白質(zhì)合成的酶。
        

        ppGpp分子與大腸桿菌的RNA聚合酶相互作用- 從基因組DNA產(chǎn)生RNA的細(xì)胞機(jī) - 但這種相互作用如何控制基因表達(dá)仍然是一個(gè)謎。然而，新的X射線晶體結(jié)構(gòu)通過(guò)首次顯示與ppGpp復(fù)合的大腸桿菌RNA聚合酶的三維圖像和與ppGpp，DksA一起使用的另一個(gè)重要因子，提供了該過(guò)程的線索。
        

        RNA聚合酶的三維結(jié)構(gòu)已經(jīng)很好地建立，但是當(dāng)它與其他分子相互作用時(shí)看到RNA聚合酶的結(jié)構(gòu)已被證明在技術(shù)上是困難的。相互作用的分子經(jīng)常在結(jié)晶過(guò)程中解離，以觀察它們的結(jié)構(gòu)。研究人員通過(guò)在已經(jīng)獨(dú)立結(jié)晶的RNA聚合酶中添加DksA和ppGpp分子來(lái)克服這一困難。
        

        “我們首先創(chuàng)造了RNA聚合酶晶體，然后浸泡在DksA和ppGpp中，”賓夕法尼亞州立大學(xué)生物化學(xué)和分子生物學(xué)助理研究教授，該論文的另一位作者Vadim Molodtsov說(shuō)。“當(dāng)我們這樣做時(shí)，我們看到ppGpp以改變RNA聚合酶和DksA之間相互作用的方式與RNA聚合酶和DksA的復(fù)合物結(jié)合。我們認(rèn)為這一變化可能是解釋ppGpp如何改變轉(zhuǎn)錄的關(guān)鍵所在，以便細(xì)菌可以應(yīng)對(duì)壓力。“
        

        細(xì)菌中的RNA聚合酶控制著所有基因的表達(dá)，但是響應(yīng)于ppGpp的存在，一些基因的表達(dá)水平被降低，而許多基因的表達(dá)水平不受影響，一些基因被發(fā)現(xiàn)。表達(dá)水平的這些變化允許細(xì)菌改變其組成以更好地承受壓力。研究人員推測(cè)，不同的反應(yīng)可能是由于啟動(dòng)子-DNA序列的個(gè)體差異在啟動(dòng)單個(gè)基因表達(dá)的基因開(kāi)始附近。
        

        “我們充滿了細(xì)菌，”賓夕法尼亞州立大學(xué)生物化學(xué)和分子生物學(xué)副教授，該論文的作者Sarah Ades說(shuō)。“它們會(huì)影響我們的情緒，它們會(huì)影響我們的體重，它們會(huì)影響我們的免疫系統(tǒng).ppGpp系統(tǒng)對(duì)很多這些細(xì)菌很重要，可以讓它們感知環(huán)境并適應(yīng)壓力。了解ppGpp功能如何讓我們更好地理解這些細(xì)菌細(xì)菌以及它們?nèi)绾斡绊懳覀?。該系統(tǒng)對(duì)引起傳染病的細(xì)菌病原體也很重要。了解ppGpp的工作原理可以讓我們找到破壞其功能和開(kāi)發(fā)新抗生素的方法。“
        
			

			
          
        
			
        
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