研究人员首次描述了Rho蛋白是如何真正停止基因表达的,新的研究发现并描述了一种细胞过程,这种过程直到现在仍然难以捉摸——确切地说,一旦开始,遗传物质的复制就被正确地关闭了,这一发现涉及到生命必不可少的关键过程:基因表达的转录阶段,它使细胞得以存活并完成工作。

在转录过程中,一种叫做RNA聚合酶的酶将自己包裹在DNA的双螺旋结构中,利用一条链与核苷酸匹配形成遗传物质的拷贝——导致新合成的RNA链在转录后断裂。RNA可以产生蛋白质,蛋白质对所有生命都是必不可少的,可以完成细胞中的大部分工作。

像任何连贯的信息一样,RNA需要在正确的位置开始和停止才有意义。50年前发现了一种叫做Rho的细菌蛋白质,因为它能够停止或终止转录。在每一本教科书中,Rho都被用作模型终结者。Rho凭借其强大的力量,可以与RNA结合,从RNA聚合酶中提取。但是,经过仔细观察,这些科学家发现,Rho无法利用教科书上的机制找到要释放的RNA。

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这项研究于2020年11月26日由《科学》在线发布。证实了Rho在转录结束时并没有附着在特定的RNA片段上,帮助其从DNA中解脱出来,而是实际上在整个过程中“搭便车”了RNA聚合酶。转录。Rho与其他蛋白质协同作用,最终通过一系列结构变化哄骗酶,以非活性状态结束,从而释放出RNA。

众所周知,Rho可以沉默细菌中的毒力基因,使其处于休眠状态,直到需要引起感染。然而,这些基因没有任何已知优先结合Rho的RNA序列。所以Artsimovitch说Rho只寻找特定的RNA序列,甚至不知道它们是否还与RNA聚合酶相连,这是没有意义的,事实上,对Rho机制的科学理解是通过简化的生化实验建立起来的,这些实验往往省略了RNA聚合酶——本质上,它定义了过程如何结束,而没有考虑过程本身。

在这项工作中,研究人员使用冷冻电子显微镜捕捉在他们的模型系统大肠杆菌的DNA模板上运行的RNA聚合酶的图像。这种高分辨率可视化与高端计算相结合,使得精确模拟转录终止成为可能。

RNA聚合酶不断前进,与细菌中的几十万个核苷酸相匹配。这个复合体非常稳定,因为它必须——如果RNA被释放,它就会丢失。“阿特西莫维奇说。”然而,Rho可以在几分钟(甚至几秒钟)内使复合体崩溃。你可以看一下,但是你拿不出一个稳定的复合体来分析。”

巧妙的方法被用来在复合物分解之前捕捉它们,这样科学家就可以看到代表终止途径中连续步骤的七个复合物,从Rho和RNA聚合酶的结合到完全失活的RNA聚合酶的末端。该团队根据他们所看到的创建模型,然后使用遗传和生化方法来确保这些模型是正确的。

虽然这项研究是在细菌中进行的,但阿蒂西·莫维奇说,这种终止过程很可能发生在其他生命形式中,她说:“这个好像很常见。”“通常,细胞使用共同祖先的类似工作机制。只要这些技能有用,他们学的都是一样的技能。”阿特西莫维奇与一个国际研究小组合作,并与马库斯·瓦尔(Markus Wahl)一起领导了这项研究,马库斯·瓦尔曾是俄亥俄州立大学的研究生,现在在柏林自由大学工作。

这项工作得到了德国研究基金会的支持。还包括:德国联邦教育和研究部;印度医学研究理事会;印度政府生物技术部;国立卫生研究院;西格丽德.尤塞利乌斯基金会。