Клетки часто создают отсеки для контроля важных биологических функций. Ядром является ярким примером; окружена мембраной, в нем находится геном. Пока же клетки Харбор приложений, которые не мембраносвязанных и более скоротечной, как капли масла в воде. За последние два года, эти капельки (так называемый “конденсат”) становятся все более признаются в качестве основных игроков в контролирующих генов. Теперь, команда исследователей во главе с учеными Института Уайтхед помогает расширять эту складывающуюся картину с открытием, что конденсаты играть роль в сращивание, важнейшим видом деятельности, что обеспечивает генетический код готов быть переведена на белок. Исследователи также показывают, насколько важной частью клеточного механизма перемещается между различными конденсатов. Заключения команды появляются в августа. 7 онлайн-выпуске журнала Nature.
“Конденсаты представляют собой настоящую смену парадигмы в том, как молекулярные биологи думают о контроле ген”, — говорит старший автор исследования Ричард Янг, сотрудник Института Уайтхеда и профессор биологии в Массачусетском технологическом институте. “Теперь, мы добавили новый слой к этому, думая, что это повышает наше понимание сплайсинга, а также крупных транскрипционного аппарата РНК-полимеразы II.”
Лаборатории Янга было на переднем крае, изучая, как и когда конденсатов форме, а также их функции в регуляции генов. В текущем исследовании, Янг и его коллеги, в том числе первых авторов Эрик го и Джон Manteiga, сосредоточили свои усилия на ключевой переход, который происходит, когда гены подвергаются транскрипции — ранний шаг в активации генов посредством РНК-копия создана из генов ДНК шаблона. Во-первых, все молекулярные оборудования, необходимого для создания РНК, в том числе большой белковый комплекс, известный как РНК-полимеразы II, собирает в данный ген. Затем, специфические химические модификации РНК-полимеразы II позволяют ему начать переписывание ДНК на РНК. Этот переход от так называемых инициации транскрипции к активной транскрипции также включает еще один важный молекулярный переход: как молекулы РНК начинают расти, соединяя прибор также должен двигаться и выполнять свою работу.
“Мы хотели сделать шаг назад и спросить, не конденсируется играют важную роль в этот параметр, и если да, какой механизм может быть ответственным?’” объясняет молодой.
В течение примерно трех десятилетий, было признано, что факторы, необходимые для сращивания хранятся в отсеках называемых спеклов. Но будут ли эти спеклы играть активную роль в соединять, или просто сосуды для хранения, остался неясным.
С помощью конфокальной микроскопии, команда Уайтхед обнаружен конденсатов наполнен компонентами сращивание машин в непосредственной близости от высоко активных генов. В частности, эти структуры показали подобные жидкости-как характеристики этих конденсатов описанные в предыдущих исследованиях из лаборатории Янга, которые участвуют в инициации транскрипции.
“Эти результаты сигнализируют нам, что есть два вида конденсатов на работе: во-первых, участвует в инициации транскрипции, а другой в сплайсинга и транскрипции удлиненность”, — сказал Manteiga, аспирант в лаборатории Янга.
С двух разных конденсатов в игре, исследователи задались вопросом: Как важнейших транскрипционных машин, в частности, РНК-полимеразы II, переходить от одного конденсата на другой?
Го, Manteiga, и их коллеги обнаружили, что химическая модификация, в частности, добавление фосфатных групп, служит своего рода молекулярный переключатель, который меняет сродство белка комплекса для конкретного конденсата. С меньшим количеством фосфатных групп, он ассоциируется с конденсатов для инициации транскрипции; при добавлении большего количества фосфатов, он переходит в сращивание конденсатов. Такое фосфорилирование происходит на одном конце сложный белок, который содержит специализированный регионе, известном как с-концевой домен (CTD), который. Главное, КТР не хватает определенной трехмерной структурой, и предыдущие работы показали, что такие внутренне неупорядоченных областях могут влиять на то, как и когда определенные белки включаются в конденсаты.
“Хорошо известно, что фосфорилирование действует как сигнал, чтобы помочь регулируют активность РНК-полимеразы II”, — говорит Гуо, постдоком в лаборатории Янга. “Теперь мы показали, что он также действует как переключатель, чтобы изменить предпочтения белков для различных конденсатов.”
В свете своих открытий, исследователи предлагают новый вид сращивание отделения, где спеклов служат в основном как склады, хранение тысячи молекул, необходимых для поддержки сращивания аппарата, когда они не нужны. Но когда сращивание является активным, фосфорилируется КТР РНК-пол II и служит как приманка, привлекая необходимые сращивание материалов к Гене, где они нужны и в сращивание конденсата.
По словам молодых, это новый взгляд на контроль ген возник в рамках междисциплинарного подхода, объединяя точки зрения биологии и физики, чтобы узнать, как свойства материи предсказать некоторые молекулярные поведения, которые он и его команда наблюдали экспериментально. “Работая на стыке этих двух полей является невероятно захватывающим”, — говорит молодой. “Это дает нам совершенно новый взгляд на мир регулятивные биология”.
Поддержка для этой работы была предоставлена Национальных институтов здравоохранения США, Национальный научный фонд, научно-исследовательский онкологический институт, Дэймон Руньон онкологического научного фонда, надеемся, что средства на исследования рака, шведский научно-исследовательский совет и немецкое научно-исследовательское общество ДФГ.
