所有的數(shù)以萬億計的細(xì)胞在體內(nèi)共享相同的遺傳信息和來自一個受精卵。當(dāng)這個初始細(xì)胞繁殖在胎兒發(fā)育過程中,其女兒細(xì)胞變得越來越專業(yè)。這一過程稱為細(xì)胞分化,產(chǎn)生各種類型的細(xì)???,如神經(jīng)、肌肉,或血液細(xì)胞,不同的形狀和功能和組織和器官。相同的基因藍(lán)圖如何導(dǎo)致這種多樣性?答案在于基因開啟或關(guān)閉的過程中發(fā)展。

勞倫斯伯克利國家實(shí)驗室的科學(xué)家們(伯克利實(shí)驗室)一直在研究分子法在基因水平產(chǎn)生不同類型的細(xì)胞。這些分子是一個復(fù)雜的蛋白質(zhì)稱為Polycomb壓制復(fù)雜2(PRC2)參與“沉默”基因所以他們沒有“讀”解碼遺傳信息的細(xì)胞機(jī)制,有效地保持遺傳信息處于“關(guān)閉”狀態(tài)。

在兩個新的研究中,一組研究人員由Eva諾加利斯,資深教師科學(xué)家在分子生物物理學(xué)和集成Bioimaging(MBIB)部門,獲得洞察PRC2的結(jié)構(gòu)和監(jiān)管的影響的方式基因沉默。他們的工作在《科學(xué)》雜志1月18日報道,在1月29日在《自然結(jié)構(gòu)和分子生物學(xué)Eva諾加利斯和博士后研究人員Vignesh Kasinath和西蒙Poepsel。

兩個出版物提供一個結(jié)構(gòu)框架來理解PRC2函數(shù),在后者的情況下,結(jié)構(gòu)是第一個來說明這種類型的分子與基質(zhì)。的結(jié)構(gòu)描述人類與自然合作伙伴PRC2細(xì)胞提供重要的見解PRC2復(fù)雜的調(diào)節(jié)基因表達(dá)的機(jī)制。這些信息可以提供新的可能性為治療癌癥的發(fā)展。

PRC2基因調(diào)節(jié)器,對正常發(fā)展是至關(guān)重要的。基因組DNA是打包成核小體,它是由組蛋白蛋白質(zhì)DNA纏繞在他們。組蛋白蛋白質(zhì)早就多肽的尾巴,可以修改,添加和刪除小化學(xué)組。這些修改影響相互核小體之間的相互作用和其他在細(xì)胞核蛋白復(fù)合物。PRC2在細(xì)胞的功能是使一個特定的組蛋白的化學(xué)變化。區(qū)域的基因組的基因修改的PRC2關(guān)掉,或者沉默。

“不令人驚訝的是,復(fù)雜的機(jī)制已經(jīng)進(jìn)化到確保PRC2標(biāo)志著沉默在正確的時間正確的地區(qū),”諾加利斯說,他也是一個霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究員和教授生物化學(xué)、生物物理與結(jié)構(gòu)生物學(xué)的加州大學(xué)伯克利分校。本條例的失敗不僅會損害發(fā)展過程中,也有利于的逆轉(zhuǎn)細(xì)胞分化和不受控制的細(xì)胞生長癌癥的特點(diǎn)。諾加利斯繼續(xù)說,“因此,洞察PRC2函數(shù)是怎么調(diào)整都在時間和空間上對理解細(xì)胞的發(fā)展是至關(guān)重要的。”

諾加利斯和她的團(tuán)隊使用結(jié)構(gòu)生物學(xué)來闡明生物分子,特別是蛋白質(zhì)和核酸(DNA,RNA),組織和結(jié)合形成功能性生物組件。獲取詳細(xì)的三維形狀見解不僅有助于了解他們函數(shù)也是這個函數(shù)是如何監(jiān)管的細(xì)胞。這兩個研究依賴于生物分子低溫電子顯微鏡成像,技術(shù)可以看到大生物分子在一個非常小的規(guī)模和多種構(gòu)象。Kasinath Poepsel,現(xiàn)在已經(jīng)解決了PRC2結(jié)構(gòu),它提供了一個框架來理解這個復(fù)雜的調(diào)控來修改組蛋白蛋白質(zhì)。

第一項研究中,在1月18日的《科學(xué)》雜志上發(fā)表,Kasinath Poepsel,諾加利斯,和同事,可視化的體系結(jié)構(gòu)在原子完成PRC2細(xì)節(jié)。第一作者Vignesh Kasinath說,“這花了三年的工作獲得高分辨率結(jié)構(gòu)的所有部分,或子單元,組成功能PRC2,以及可視化如何額外的蛋白質(zhì)亞基,稱為代數(shù)余子式,可以幫助調(diào)節(jié)其活性。值得注意的是,這兩個代數(shù)余子式模擬蛋白質(zhì)組蛋白尾巴綁定PRC2表明代數(shù)余子式和組蛋白尾巴一起攜手PRC2調(diào)節(jié)功能。這種結(jié)構(gòu)性工作為新藥物開發(fā)帶來了打擊PRC2障礙在癌癥。”

這項工作得到了另一項研究中顯示的快照PRC2綁定到它修飾的組蛋白蛋白質(zhì)作為基因沉默的一個信號。結(jié)構(gòu),已發(fā)表在《自然結(jié)構(gòu)和分子生物學(xué)在1月29日由Poepsel Kasinath和諾加利斯本周,說明漂亮這復(fù)雜的復(fù)雜的作用。說:“PRC2可以同時進(jìn)行兩個核小體Poepsel,這項研究的第一作者。“我們的低溫電子顯微鏡圖像幫助我們理解復(fù)雜的可以識別的存在在一個核小體組蛋白修飾和地點(diǎn)相同的標(biāo)簽到鄰近的核小體”。這種級聯(lián)的活動使PRC2傳播這一修改整個鄰近基因位點(diǎn),從而標(biāo)志著沉默。諾加利斯補(bǔ)充說,“這種交互的可視化是出了名的困難。我們?nèi)〉昧艘粋€重要的一步在我們一般理解基因的監(jiān)管者可以綁定到和認(rèn)識核小體”。

PRC2是至關(guān)重要的,在所有多細(xì)胞生物基因調(diào)控和表達(dá)。這兩項研究的結(jié)果為抗擊癌癥打開巨大的可能性,同時擴(kuò)大我們的知識分子水平的基因調(diào)控。“因為PRC2放松管制的癌癥,它使一個好的目標(biāo)潛在的治療,”諾加利斯說。的基本理解PRC2源自于這些研究將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響,植物和動物生物學(xué)。