Ученые впервые определили 3D-структуру ключевого комплекса для экспрессии генов

Исследователи из Северо-Западного университета впервые заглянули внутрь человеческой клетки и визуализировали многокомпонентный комплекс, регулирующий экспрессию генов.

Комплекс называется Mediator-bound pre-initiation complex (Med-PIC). Он играет ключевую роль в определении того, какие гены активируются, а какие подавляются. Mediator помогает правильно расположить остальные компоненты комплекса — РНК-полимеразу II и общие факторы транскрипции — в начале генов, которые клетка собирается транскрибировать.

Ученые визуализировали комплекс с высоким разрешением с помощью криогенной электронной микроскопии (cryo-EM). Понимание его структуры важно, поскольку этот комплекс задействован в развитии многих заболеваний, включая рак, нейродегенеративные болезни, ВИЧ и метаболические расстройства.

"Эта машина настолько фундаментальна для каждой области современной молекулярной биологии в контексте экспрессии генов. Визуализация структуры в 3D поможет нам ответить на базовые биологические вопросы, например, как ДНК копируется в РНК", — сказал старший автор исследования Юань Хэ.

Исследование будет опубликовано 11 марта в журнале Science. Это первая визуализация человеческого комплекса Mediator в 3D.

Технический прорыв

Комплекс Mediator был открыт биохимиком Роджером Корнбергом в дрожжах в 1990 году (Нобелевская премия по химии 2006 года). Однако человеческий комплекс состоит из 26 субъединиц (56 вместе с pre-initiation complex), что делало его визуализацию крайне сложной задачей.

Прорывом стало использование однослойного оксида графена в качестве подложки для образца. Это позволило:

• Значительно уменьшить количество необходимого образца.
• Улучшить соотношение сигнал/шум по сравнению с традиционной подложкой из аморфного углерода.

После подготовки образца команда использовала cryo-EM (метод, отмеченный Нобелевской премией по химии 2017 года). Было сделано сотни тысяч 2D-изображений комплекса, которые затем с помощью вычислительных методов были собраны в 3D-реконструкцию.

Результаты и открытия

Полученное изображение показало, что комплекс Med-PIC имеет плоскую удлиненную структуру длиной 45 нанометров.

Ключевое открытие: Mediator подвижен относительно остального комплекса, соединяясь с РНК-полимеразой II в точке, напоминающей шарнир.

"Mediator движется как маятник. Теперь мы хотим понять, что означает эта гибкость. Мы считаем, что она может влиять на активность ключевого фермента внутри комплекса", — отметил соавтор работы Райан Абделла.