單分子分辨率下轉(zhuǎn)錄起始的可視化

在Friedrich Miescher生物醫(yī)學(xué)研究所(FMI)開發(fā)的一種新方法使得DirkSchübeler小組的科學(xué)家能夠剖析和量化轉(zhuǎn)錄起始的各個步驟。出乎意料的是，他們觀察到RNA聚合酶經(jīng)常與DNA模板解離，而不是在轉(zhuǎn)錄繼續(xù)之前暫停。因此，他們獲得了基因調(diào)控的新機(jī)制見解。

當(dāng)法國生理學(xué)家Étienne-Jules Marey在十九世紀(jì)末開始研究動物運(yùn)動時，他需要一種新技術(shù)來克服人眼在快速運(yùn)動中的局限性。為了凍結(jié)動物的動作，他在一個框架中記錄了幾個運(yùn)動階段，開創(chuàng)了他后來稱之為計時攝影術(shù)。例如，飛鳥的照片不僅美觀，而且最重要的是幫助他剖析運(yùn)動的生理學(xué)。如今，分子生物學(xué)家在試圖理解基因調(diào)控時面臨著類似的問題。直到現(xiàn)在，當(dāng)他們研究蛋白質(zhì)與基因組的結(jié)合時，他們看到成千上萬的結(jié)合事件覆蓋在模糊的圖像中。

現(xiàn)在，DirkSchübeler和他在FMI的小組開發(fā)了一種高分辨率方法，可以檢測出基因表達(dá)的不同階段。第一作者和SNSF Ambizione研究員Arnaud Krebs解釋說：“我們第一次能夠研究調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄的蛋白質(zhì)在個體DNA分子上的結(jié)合?；诖?，我們可以逐一研究轉(zhuǎn)錄過程的步驟，類似于Marey如何在一張照片中分離出不同的運(yùn)動階段。“

但這有助于了解基因是如何被激活或抑制的呢?為了轉(zhuǎn)錄特定基因，轉(zhuǎn)錄因子識別并結(jié)合某些DNA序列，并募集RNA聚合酶II，其反過來啟動RNA合成。在產(chǎn)生完整轉(zhuǎn)錄物之前，聚合酶暫停以控制轉(zhuǎn)錄物的質(zhì)量。有趣的是，對于某些基因而言，這種暫停延長了，因此阻斷了RNA合成。人們一直認(rèn)為這種暫停可能是加載聚合酶庫的一種手段，可以快速激活需要快速誘導(dǎo)的基因，例如那些參與應(yīng)激反應(yīng)的基因。

然而，使用他們的新方法直接探測DNA上的RNA聚合酶，F(xiàn)MI團(tuán)隊意識到 - 而不是穩(wěn)定地暫停 - 聚合酶經(jīng)常過早地終止轉(zhuǎn)錄。根據(jù)Krebs的說法，他們觀察到大部分RNA聚合酶與DNA分離。正如Schübeler解釋的那樣，這些研究結(jié)果改進(jìn)了暫停的普遍概念：“我們所看到的相當(dāng)建議在這些基因上涉及高RNA聚合酶II轉(zhuǎn)換的機(jī)制。雖然這在機(jī)制上不同于流行的概念，但新模型同樣允許快速在刺激下激活基因。“

因此，F(xiàn)MI科學(xué)家不僅能夠在單分子分辨率下量化蛋白質(zhì)結(jié)合，而且還能更好地理解轉(zhuǎn)錄起始 - 以及對基因調(diào)控的新機(jī)制見解。

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