羅格斯大學(xué)的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了基因特異性轉(zhuǎn)錄激活復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu)，提供了細胞用于啟動或激活特定基因以響應(yīng)細胞類型，發(fā)育狀態(tài)變化的過程的第一個結(jié)構(gòu)和機制描述。和環(huán)境。轉(zhuǎn)錄是細胞讀取DNA遺傳信息的一系列步驟中的第一步。在今天科學(xué)在線發(fā)表的一篇論文中，Richard H. Ebright和其他Rutgers科學(xué)家展示了轉(zhuǎn)錄激活蛋白如何與酶-RNA 聚合酶相互作用- 細胞用來進行轉(zhuǎn)錄。他們還展示了轉(zhuǎn)錄激活蛋白如何幫助RNA聚合酶與基因前特定位點的DNA螺旋結(jié)合，以及轉(zhuǎn)錄激活蛋白如何幫助RNA聚合酶解開DNA螺旋以啟動基因轉(zhuǎn)錄。

羅格斯大學(xué)的科學(xué)家們表明，轉(zhuǎn)錄激活蛋白的功能是通過與靶基因之前的特定DNA序列結(jié)合，并與RNA聚合酶形成粘附，維可牢尼龍搭扣樣相互作用，通過RNA聚合酶與相鄰DNA序列穩(wěn)定接觸。羅格斯大學(xué)的科學(xué)家進一步表明，轉(zhuǎn)錄激活蛋白與RNA聚合酶形成兩個獨立的，連續(xù)的膠粘劑，Velcro樣相互作用：一個幫助RNA聚合酶與DNA螺旋結(jié)合，另一個幫助RNA聚合酶解開DNA螺旋。“確定基因特異性轉(zhuǎn)錄激活復(fù)合物的結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為研究人員近四十年的目標(biāo)，”羅格斯大學(xué)Waksman微生物學(xué)研究所化學(xué)與化學(xué)生物學(xué)教授兼實驗室主任Ebright說。

研究團隊還包括羅格斯研究員余峰和羅格斯研究助理教授張宇。“這是一篇具有里程碑意義的論文，”英國伯明翰大學(xué)生物化學(xué)教授史蒂夫巴斯比說，他不參與這項研究。“這是第一次，我們在目標(biāo)啟動子上有完整的轉(zhuǎn)錄激活分子圖。以前的報告描述了該過程的組成部分，或者依賴于較低分辨率數(shù)據(jù)的重建。在這里，Ebright及其同事通過使用來解決這個問題。來自細菌在高溫下生長的成分。這導(dǎo)致解決激活劑如何工作的一些基本問題，而且嗜熱系統(tǒng)的使用揭示了一些意想不到的變化，說明了如何在進化樹的不同分支中闡述基本機制。 “。

由Rutgers研究人員確定的結(jié)構(gòu)是轉(zhuǎn)錄激活復(fù)合物的結(jié)構(gòu)，其含有來自嗜熱棲熱菌(Thermus thermophilus)的TTHB099激活蛋白(TAP)。因為TAP在序列和結(jié)構(gòu)上與原型，最著名的細菌轉(zhuǎn)錄激活蛋白 - 分解代謝物激活蛋白(CAP)，也稱為環(huán)AMP受體蛋白(CRP)密切相關(guān) - 結(jié)果為理解細菌轉(zhuǎn)錄提供了框架。激活。由于細菌和高等生物中的轉(zhuǎn)錄機制在結(jié)構(gòu)和機制上相關(guān)，因此該結(jié)構(gòu)還為理解包括人在內(nèi)的高等生物中的轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)提供了框架。

該結(jié)構(gòu)定義了RNA聚合酶和轉(zhuǎn)錄起始因子sigma與基因上游的DNA形成的相互作用。該結(jié)構(gòu)還定義了TAP與DNA，RNA聚合酶和sigma的相互作用。

TAP識別并結(jié)合基因上游的特定DNA序列。它通過將一對α-螺旋插入DNA螺旋的凹槽并感知DNA堿基對邊緣上的官能團來識別特定的DNA序列。

該結(jié)構(gòu)顯示DNA結(jié)合的TAP的暴露表面，稱為AR4，使蛋白質(zhì)與RNA聚合酶α亞基C末端結(jié)構(gòu)域蛋白質(zhì)接觸。這種相互作用在RNA聚合酶與DNA的初始結(jié)合之前或期間進行，并幫助RNA聚合酶與DNA結(jié)合。該結(jié)構(gòu)顯示DNA結(jié)合的TAP的另外兩個暴露表面，稱為AR2和AR3，使蛋白質(zhì)與RNA聚合酶β亞基和sigma蛋白質(zhì)接觸。這兩種相互作用僅在RNA聚合酶與DNA初始結(jié)合并幫助RNA聚合酶和sigma展開DNA后才產(chǎn)生。

AR4相互作用和AR2和AR3相互作用都是簡單的，粘著的，維可牢(Velcro)樣相互作用，其通過RNA聚合酶和西格瑪與鄰近由TAP結(jié)合的DNA區(qū)段的DNA區(qū)段穩(wěn)定接觸而起作用。兩組相互作用的不同功能結(jié)果 - AR4相互作用促進DNA結(jié)合，AR2和AR3相互作用促進DNA解旋 - 來自相互作用時間的差異，而不是相互作用特征的差異。

哈佛醫(yī)學(xué)院微生物學(xué)和免疫生物學(xué)教授Ann Hochschild說：“這篇論文提供了一個令人眼花繚亂的轉(zhuǎn)錄激活過程的快照 - 一個基因被開啟以響應(yīng)來自環(huán)境的指示信號的過程。”不屬于研究的一部分。“Ebright及其同事提出了一種晶體結(jié)構(gòu)，捕獲與DNA和RNA聚合酶(基因表達的主要酶)結(jié)合的激活蛋白之間的相互作用網(wǎng)絡(luò)，因為它準(zhǔn)備開始基因轉(zhuǎn)錄。通過精確遺傳分析驗證，結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)支持優(yōu)雅統(tǒng)一的激活功能機制。“