细胞转录过程被捕获,揭示转录泡的形成机制
关键词: #健康资讯
关键词: #健康资讯
每个活着的细胞都会将 DNA 转录为 RNA。这个过程开始于一种叫做RNA聚合酶(RNAP)的酶夹住DNA。在几百毫秒内,DNA的双螺旋解开,形成一个称为转录泡的结构,这样暴露的DNA链就可以被复制成一条互补的RNA链。
RNAP 实现这一壮举的具体机制在很大程度上尚不为人所知。虽然 RNAP 在打开转录泡的过程中提供了许多重要信息,但由于该过程发生得相当迅速,目前的技术并不能轻易地捕捉到这些结构的可视化。最近,《自然结构与分子生物学》杂志上一项新的研究成功描述了大肠杆菌 RNAP 在打开转录泡的过程中所涉及的机制。
这个发现是在 RNAP 与 DNA 混合后的500毫秒内捕获的,它揭示了转录的基本机制,并回答了关于起始机制以及其各个步骤重要性的长期问题。
全新的观点
Darst是首位描述细菌RNAP结构的科学家,并且细化其结构一直是他的实验室主要研究重点。尽管经过数十年的研究,已经证实RNAP与特定DNA序列的结合会引发一系列步骤来打开气泡,但RNAP如何分离DNA链并将一条链定位在其活性位点这一问题仍然存在激烈争论。
该领域初期的研究显示,气泡的开启对减缓这一过程至关重要,决定了RNAP进入RNA合成的速率。然而,后续的研究结果挑战了这一观点,引发了多种关于这一限速步骤性质的理论。安德烈亚斯·穆勒博士后研究员,也是论文的合著者之一,表示:“从其他生物技术中我们了解到,当RNAP首次接触到DNA时,它会形成一系列严格调控的中间复合物。”他补充道:“然而,这一过程的这部分可能在不到一秒的时间内完成,我们无法在如此短的时间内捕获到这些结构。”
为了更深入了解这些中间产物,团队与纽约结构生物学中心的同事进行了合作。他们开发了一种基于喷墨的机器人系统,可以快速制备生物样本以供低温电子显微镜分析。通过这种合作,该团队成功捕获了RNAP和DNA相遇后100到500毫秒内形成的中间产物,并得到了四种不同中间产物的图像,这些图像的细节足以进行进一步的分析。
这是首次清晰展示 RNA聚合酶与 DNA 结合过程中形成的结构变化和中间体。“这项技术在这个实验中至关重要,”Saecker 表示。“如果不能迅速混合 DNA 和 RNAP 并即时捕捉其图像,这些结果将无法获得。”
就位
研究小组通过对这些图像进行检验,成功描绘出了一系列事件,展示了 RNAP 在与 DNA 链分离时的相互作用。这些细节前所未有。随着 DNA 松开,RNAP 逐渐捕捉一条 DNA 链,防止双螺旋重新结合。每次新的相互作用都导致 RNAP 的形状改变,进而形成更多的蛋白质-DNA 连接。其中包括一部分蛋白质,它推动着阻止 DNA 进入 RNAP 的活性位点,这样就形成了稳定的转录泡。
研究小组指出,转录中的限速步骤可能是由于 DNA 模板链在 RNAP 酶活性位点内的定位问题。这一步骤涉及克服重要的能量障碍,并重新排列多个组件。未来的研究将专注于验证这一新假设,并深入探索转录过程中的其他步骤。
穆勒说:“我们只研究了研究中的最初阶段。接下来,我们计划研究转录周期中的其他复合物、后续时间点和其他步骤。”
除了解决捕获 DNA 链的相互矛盾的理论之外,这些结果还彰显了一种新方法的价值,该方法能够实时捕获分子事件在几毫秒内的发生。这项技术将使得更多此类研究成为可能,帮助科学家能够可视化生物系统中的动态相互作用。
达斯特提到:“要了解生命中最基本的过程之一,也就是所有细胞都会经历的过程,我们需要探究其调控过程和速度。一旦我们掌握了这些,我们就能更深入地理解转录的起始机制。”
2024-09-20
2024-09-20
2024-09-20
2024-09-20
2024-09-20