Исследование показывает, как работает главный регулятор транскрипции генов.

Исследование CeMM показывает, как работает главный регулятор транскрипции генов
                Визуализация динамики экспрессии генов показала, как Mediator направляет доставку клеточного копирующего гена аппарата (РНК-полимеразы II), в частности, к подмножеству генов, идентифицирующих клетки. Кредит: Мартин Ягер/CeMM

Используя целенаправленную технологию деградации белка, исследователи из CeMM, Исследовательского центра молекулярной медицины Австрийской академии наук, решили понять основную роль ключевого регулятора транскрипции, человеческого комплекса Mediator. Считалось, что Mediator, 30-субъединичная молекулярная машина, является фактором, который обычно требуется для транскрипции всех кодирующих белок генов в клетках человека. Однако недавнее исследование группы Георга Винтера в CeMM обнаружило, что Mediator особенно защищает транскрипцию небольшого набора генов, определяющих тип клеток. В сотрудничестве с лабораторией Патрика Крамера в Институте биофизической химии им. Макса Планка в Геттингене ученые раскрыли механистические детали того, как медиатор позволяет клеткам эффективно выполнять свои выделенные функции. Исследование «Селективная зависимость от медиатора транскрипции, определяющей тип клеток», было опубликовано в журнале Nature Genetics 1 июня 2020 года.
                                                                                       

Лаборатория Георга Винтера в CeMM использует химические инструменты, чтобы понять молекулярную основу генного контроля и его аберраций при раке. Для этого команда сочетает особенно быстродействующие системы абляции белка («Метка деградации»/»dTAG», разработанная Георгом Винтером в лаборатории Джея Брэднера в Институте рака Даны Фарбер в Бостоне) с точными и объективными измерениями активность генов при высоком кинетическом разрешении. Совместно с лабораторией Патрика Крамера и другими, международная команда ученых теперь представила, как молекулярная машина-посредник механически направляет активацию генов, которая долгое время оставалась плохо изученной из-за проблем в экспериментальной манипуляции.

Медиатор был идентифицирован более 30 лет назад как молекулярный мост, который позволяет ДНК-связывающим белкам, называемым факторами транскрипции, связываться с клеточной копирующей геном машиной РНК-полимеразой II (Pol II), чтобы активировать гены-мишени. Понимание прямой роли посредника в этом процессе требует технологий, которые быстро блокируют функцию посредника и измеряют изменения в активности Pol II в течение последующих минут. Используя целенаправленную деградацию белка, ученым из лаборатории Winter теперь удалось быстро удалить отдельные части комплекса Mediator, чтобы определить, зависит ли копирование всех человеческих генов в одинаковой степени от целостности Mediator. В отличие от существующей парадигмы, исследование, впервые написанное CeMM Ph.D. студент Мартин Джегер предполагает, что для транскрипции всех генов медиатор не требуется. Скорее, данные подразумевают, что Mediator избирательно защищает экспрессию небольшого набора генов, которые образуют плотно связанные регуляторные цепи для инструктирования функций, специфичных для типа клеток.

Визуализируя ферменты Pol II в клетках, ученые обнаружили, что Mediator образует большие кластеры компонентов механизма транскрипции, которые, как считается, образуют вокруг регуляторных областей ДНК, называемых супер-энхансерами. Эти супер-энхансеры направляют экспрессию генов, специфичных для типа клеток, физически касаясь их генов-мишеней, которые часто находятся на расстоянии миллионов оснований ДНК. Когда Mediator деградировал, крупные кластеры Pol II быстро исчезали, но супер-энхансеры все еще, казалось, касались генов-мишеней, указывая на то, что Mediator не требовался для поддержания этих контактов ДНК.

Вместе с экспертами из лаборатории Крамера в Геттингене команда наблюдала драматические изменения в динамике оборота Pol II у супер-энхансерных генов после потери медиатора. Полученные данные свидетельствуют о том, что кластеры Mediator стимулируют высокоэффективный набор ферментов Pol II в эти гены, специфичные для типа клеток, что позволяет их копирование с поразительной эффективностью. В то же время, по-видимому, на острую утрату медиатора на удивление мягко повлияло большинство других генов, что заставило ученых подозревать, что они подвергаются некоторому неожиданному типу компенсаторного повышения.

Группа исследователей искала этот компенсаторный механизм и обнаружила, что промо-проксимальная пауза Pol II была глобально уменьшена в ответ на потерю медиатора. Пауза — это феномен, при котором ферменты Pol II задерживаются на несколько минут сразу после того, как они начинают копировать ген. Ожидающий Pol II представляет собой контрольно-пропускной пункт, который предотвращает прохождение других ферментов Pol II за ним, ограничивая, таким образом, количество копий РНК, продуцируемых за данный промежуток времени. После деградации медиатора ученые обнаружили, что основной фактор, ответственный за высвобождение сигнальной паузы, называется циклинзависимой киназой 9 (CDK9), более эффективно связывается с ДНК в клетках и более активно метит свои белковые мишени фосфатной группой. Химическое блокирование активности CDK9 сделало транскрипционные дефекты абляции медиатора менее селективными для генов-мишеней супер-энхансеров, что подчеркивает, что открытая активация CDK9 формирует, как клетки реагируют на острую потерю медиатора. Этот неожиданный вывод показал, что приостановка могла развиться как буферная способность быстро реагировать и частично компенсировать острые дефекты при наборе Pol II.

Исследование открывает новые возможности для понимания состава кластеров Pol II с ядросодержащими медиаторами и того, как CDK9 так эффективно активируется в ответ на транскрипционные стрессы. Кроме того, Георг Винтер представляет будущие возможности, возможно, для борьбы с болезнями, при которых функция посредника пошла не так: «Очень предварительно, наша работа могла бы также выявить некоторый потенциал для посредника как мишени для лекарств, и следующие шаги могут заключаться в разработке прямых молекул-разрушителей против этого комплекса. «/р>

Похожие новости

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *