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

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

在兩個新的研究中,一組研究人員由Eva諾加利斯,資深教師科學家在分子生物物理學和集成Bioimaging(MBIB)部門,獲得洞察PRC2的結構和監(jiān)管的影響的方式基因沉默。他們的工作在《科學》雜志1月18日報道,在1月29日在《自然結構和分子生物學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構框架來理解PRC2函數(shù),在后者的情況下,結構是第一個來說明這種類型的分子與基質。的結構描述人類與自然合作伙伴PRC2細胞提供重要的見解PRC2復雜的調節(jié)基因表達的機制。這些信息可以提供新的可能性為治療癌癥的發(fā)展。

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

“不令人驚訝的是,復雜的機制已經(jīng)進化到確保PRC2標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)學研究員和教授生物化學、生物物理與結構生物學的加州大學伯克利分校。本條例的失敗不僅會損害發(fā)展過程中,也有利于的逆轉細胞分化和不受控制的細胞生長癌癥的特點。諾加利斯繼續(xù)說,“因此,洞察PRC2函數(shù)是怎么調整都在時間和空間上對理解細胞的發(fā)展是至關重要的。”

諾加利斯和她的團隊使用結構生物學來闡明生物分子,特別是蛋白質和核酸(DNA,RNA),組織和結合形成功能性生物組件。獲取詳細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)管的細胞。這兩個研究依賴于生物分子低溫電子顯微鏡成像,技術可以看到大生物分子在一個非常小的規(guī)模和多種構象。Kasinath Poepsel,現(xiàn)在已經(jīng)解決了PRC2結構,它提供了一個框架來理解這個復雜的調控來修改組蛋白蛋白質。

第一項研究中,在1月18日的《科學》雜志上發(fā)表,Kasinath Poepsel,諾加利斯,和同事,可視化的體系結構在原子完成PRC2細節(jié)。第一作者Vignesh Kasinath說,“這花了三年的工作獲得高分辨率結構的所有部分,或子單元,組成功能PRC2,以及可視化如何額外的蛋白質亞基,稱為代數(shù)余子式,可以幫助調節(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調節(jié)功能。這種結構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作為基因沉默的一個信號。結構,已發(fā)表在《自然結構和分子生物學在1月29日由Poepsel Kasinath和諾加利斯本周,說明漂亮這復雜的復雜的作用。說:“PRC2可以同時進行兩個核小體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雜的可以識別的存在在一個核小體組蛋白修飾和地點相同的標簽到鄰近的核小體”。這種級聯(lián)的活動使PRC2傳播這一修改整個鄰近基因位點,從而標志著沉默。諾加利斯補充說,“這種交互的可視化是出了名的困難。我們取得了一個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識核小體”。

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