所有的数以万亿计的细胞在体内共享相同的遗传信息和来自一个受精卵。当这个初始细胞繁殖在胎儿发育过程中,其女儿细胞变得越来越专业。这一过程称为细胞分化,产生各种类型的细���,如神经、肌肉,或血液细胞,不同的形状和功能和组织和器官。相同的基因蓝图如何导致这种多样性?答案在于基因开启或关闭的过程中发展。

劳伦斯伯克利国家实验室的科学家们(伯克利实验室)一直在研究分子法在基因水平产生不同类型的细胞。这些分子是一个复杂的蛋白质称为Polycomb压制复杂2(PRC2)参与“沉默”基因所以他们没有“读”解码遗传信息的细胞机制,有效地保持遗传信息处于“关闭”状态。

在两个新的研究中,一组研究人员由Eva诺加利斯,资深教师科学家在分子生物物理学和集成Bioimaging(MBIB)部门,获得洞察PRC2的结构和监管的影响的方式基因沉默。他们的工作在《科学》杂志1月18日报道,在1月29日在《自然结构和分子生物学Eva诺加利斯和博士后研究人员Vignesh Kasinath和西蒙Poepsel。

两个出版物提供一个结构框架来理解PRC2函数,在后者的情况下,结构是第一个来说明这种类型的分子与基质。的结构描述人类与自然合作伙伴PRC2细胞提供重要的见解PRC2复杂的调节基因表达的机制。这些信息可以提供新的可能性为治疗癌症的发展。

PRC2基因调节器,对正常发展是至关重要的。基因组DNA是打包成核小体,它是由组蛋白蛋白质DNA缠绕在他们。组蛋白蛋白质早就多肽的尾巴,可以修改,添加和删除小化学组。这些修改影响相互核小体之间的相互作用和其他在细胞核蛋白复合物。PRC2在细胞的功能是使一个特定的组蛋白的化学变化。区域的基因组的基因修改的PRC2关掉,或者沉默。

“不令人惊讶的是,复杂的机制已经进化到确保PRC2标志着沉默在正确的时间正确的地区,”诺加利斯说,他也是一个霍华德休斯医学研究员和教授生物化学、生物物理与结构生物学的加州大学伯克利分校。本条例的失败不仅会损害发展过程中,也有利于的逆转细胞分化和不受控制的细胞生长癌症的特点。诺加利斯继续说,“因此,洞察PRC2函数是怎么调整都在时间和空间上对理解细胞的发展是至关重要的。”

诺加利斯和她的团队使用结构生物学来阐明生物分子,特别是蛋白质和核酸(DNA,RNA),组织和结合形成功能性生物组件。获取详细的三维形状见解不仅有助于了解他们函数也是这个函数是如何监管的细胞。这两个研究依赖于生物分子低温电子显微镜成像,技术可以看到大生物分子在一个非常小的规模和多种构象。Kasinath Poepsel,现在已经解决了PRC2结构,它提供了一个框架来理解这个复杂的调控来修改组蛋白蛋白质。

第一项研究中,在1月18日的《科学》杂志上发表,Kasinath Poepsel,诺加利斯,和同事,可视化的体系结构在原子完成PRC2细节。第一作者Vignesh Kasinath说,“这花了三年的工作获得高分辨率结构的所有部分,或子单元,组成功能PRC2,以及可视化如何额外的蛋白质亚基,称为代数余子式,可以帮助调节其活性。值得注意的是,这两个代数余子式模拟蛋白质组蛋白尾巴绑定PRC2表明代数余子式和组蛋白尾巴一起携手PRC2调节功能。这种结构性工作为新药物开发带来了打击PRC2障碍在癌症。”

这项工作得到了另一项研究中显示的快照PRC2绑定到它修饰的组蛋白蛋白质作为基因沉默的一个信号。结构,已发表在《自然结构和分子生物学在1月29日由Poepsel Kasinath和诺加利斯本周,说明漂亮这复杂的复杂的作用。说:“PRC2可以同时进行两个核小体Poepsel,这项研究的第一作者。“我们的低温电子显微镜图像帮助我们理解复杂的可以识别的存在在一个核小体组蛋白修饰和地点相同的标签到邻近的核小体”。这种级联的活动使PRC2传播这一修改整个邻近基因位点,从而标志着沉默。诺加利斯补充说,“这种交互的可视化是出了名的困难。我们取得了一个重要的一步在我们一般理解基因的监管者可以绑定到和认识核小体”。

PRC2是至关重要的,在所有多细胞生物基因调控和表达。这两项研究的结果为抗击癌症打开巨大的可能性,同时扩大我们的知识分子水平的基因调控。“因为PRC2放松管制的癌症,它使一个好的目标潜在的治疗,”诺加利斯说。的基本理解PRC2源自于这些研究将产生深远影响,植物和动物生物学。