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      理論家們揭示了基因調控的新機制
      
			
      
				2019-02-11 10:01:25
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      賴斯大學的研究人員對那些堅持基本生物過程的舊觀念的人有了新的轉折。理論生物物理學家Peter Wolynes的Rice實驗室本周報告說，細胞中主要調節(jié)因子的活性是由動力學決定的，這一概念反對分子生物學中幾十年前的經(jīng)典模型，它將遺傳過程的控制歸因于生物化學的熱力學。反應。
      

      理論家們揭示了基因調控的新機制
      

      所討論的遺傳開關依賴于最近發(fā)現(xiàn)的一種叫做分子剝離的過程，這種過程很快就會阻止轉換制造新的蛋白質，這對于所有生命都是必不可少的。這項研究發(fā)表在本周的“ 美國國家科學院院刊”上。實驗室研究的調節(jié)開關有三個組成部分：NFkB 蛋白轉錄因子，IkB抑制蛋白和容納基因的DNA。
      

      NFkB蛋白是二聚體(兩部分)蛋白質家族，其橋接細胞外信號和基因表達，在DNA上下降以激活特定蛋白質的產生以響應外部刺激。它們組織許多細胞功能，包括炎癥反應，對感染的免疫反應和抑制癌癥的程序性細胞死亡。
      

      Wolynes和Rice博士后研究員Davit Potoyan使用Rice實驗室的AWSEM算法(用于聯(lián)想記憶，水介導，結構和能量模型)來分析分子剝離如何對NFkB家族起作用。該算法能夠基于其組分的相互作用能量來預測蛋白質如何折疊。
      

      在這種情況下，計算表明，當DNA被IkB分子連接形成他們稱之為瞬態(tài)三元結構時，與DNA連接的NFkB蛋白會變得扭曲。結構是短暫的，因為扭曲很快釋放DNA。
      

      Wolynes說：“序列與NFkB結合的位置遠不及DNA，但它會導致兩個夾持”手“使DNA相互旋轉。“這打破了對稱性，所以現(xiàn)在只有一只手抓住DNA，從而釋放出來，”Potoyan說。
      

      加州大學圣地亞哥分校(UCSD)的合著者Elizabeth Komives和她的同事去年通過實驗發(fā)現(xiàn)，IkB促進了NFkB與DNA的分離，后者立即停止了轉錄。但他們無法確定其工作原理，因為蛋白質的X射線晶體學圖像捕獲了不完整的信息，Wolynes說。通過AWSEM，研究人員能夠對完整的蛋白質進行建模，從而提取它們如何相互作用的細節(jié)。
      

      他說，因為NFkB蛋白可以同時激活這么多過程，所以時機非常重要。“NFkB不只是發(fā)出一個信號，開啟了一種新蛋白質的制造。它正在運行廣播網(wǎng)絡，開啟了許多基因，包括IkB，”Wolynes說。“剝離機制意味著不是讓所有基因都打開，讓每個基因都知道何時關閉，IkB剝離NFkB并確保它們全部關閉。轉錄結束于此。”
      

      他說這種關閉似乎一下子就發(fā)生了。“如果你有一個過程可以打開100個不同的基因，你可能希望它們同時也能同時關閉。你不一定要花五個隨機基因花時間，因為這會導致細胞行為混亂。”
      

      “在基因開關的經(jīng)典圖片中，我們不談時間，”Potoyan說。“我們只知道一個基因會打開和關閉。但是在這里，時間是至關重要的，因為有數(shù)百個基因受到調控。在分子剝離中，IkB可以看到所有轉錄位點，它為每個NFkB廣播信號以解除對一旦。”
      

      Wolynes說，眾所周知，IkB或NFkB的錯誤調節(jié)會導致許多醫(yī)學問題，包括癌癥，“所以在正確的時間關閉基因很重要。” 他建議，因為NFkB開關具有如此廣泛的影響，用藥物來控制特定過程的開關將是一個挑戰(zhàn)，但值得追求。
      

      “我們相信這種剝離過程可能對主調節(jié)基因非常普遍，”他說。“這是一個違反40至50年代基因轉換方式的系統(tǒng)。這是我們認為這項研究很重要的原因之一。”
      
			

			
        
      
			
      
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