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馮鈺課題組Nature Communications發文揭示依賴滑動夾的轉錄激活機制

編輯:林海燕 來源:基礎醫學系 時間:2021年02月25日 訪問次數:10  源地址

2021年2月18日,浙江大學基礎醫學院、浙江大學醫學院附屬邵逸夫醫院馮鈺課題組在Nature Communications在線發表了題為“Transcription activation by a sliding clamp”的研究論文,首次解析了T4噬菌體晚期基因轉錄激活復合物的冷凍電鏡結構,揭示了依賴滑動夾的轉錄激活機制。

T4噬菌體是分子生物學研究的模式生物之一。T4噬菌體早期基因的轉錄利用的是細菌的σ因子與RNA聚合酶形成全酶,從而特異性地識別早期基因啟動子的-10區和-35區來起始轉錄,而噬菌體中期和晚期基因啟動子沒有保守的-35區,所以起始轉錄的機制有所不同。近年來,馮鈺課題組系統地研究了T4噬菌體中期和晚期基因轉錄激活的分子機制。2019年8月8日,課題組在Nucleic Acids Research發表了題為“Structural basis of σ appropriation”的研究論文,揭示了噬菌體蛋白MotA和AsiA劫持細菌RNA聚合酶激活中期基因轉錄的分子機制。

2021年2月18日,課題組再次在Nature Communications發文揭示T4噬菌體依賴滑動夾激活晚期基因轉錄的機制。噬菌體蛋白gp55和細菌RNA聚合酶可以共同起始晚期基因的基礎轉錄,而轉錄的激活還需要滑動夾gp45(滑動夾是一種環狀三聚體蛋白,通常結合在DNA聚合酶上增加其持續合成DNA的能力)以及輔助激活蛋白gp33的參與。課題組利用冷凍電鏡單顆粒三維重構的方法,分別解析了T4噬菌體晚期基因的基礎轉錄復合物和轉錄激活復合物的結構(圖1)。

圖1 基礎轉錄復合物(A)和轉錄激活復合物(B)的結構

基礎轉錄復合物的冷凍電鏡結構證實了gp55是一個高度分化的σ70家族蛋白,與宿主RNA聚合酶形成全酶,識別并結合晚期基因啟動子的-10-like區來起始基礎轉錄。轉錄激活復合物的冷凍電鏡結構顯示RNA聚合酶上游的DNA從gp45環中心穿過,輔助激活蛋白gp33則位于gp45環和RNA聚合酶之間。文章在前人的研究基礎上,提出了T4噬菌體依賴滑動夾的轉錄激活模型(圖2)。首先,裝載器gp44/gp62將gp45裝載到DNA上。然后,RNA聚合酶通過gp55和gp33與gp45相連并隨著gp45在DNA上滑動,在到達啟動子位置后即起始轉錄。轉錄延伸過程中gp55與RNA聚合酶脫離,但仍然連接在gp45上。當轉錄終止后,整個四元復合物不用從DNA上解離即開始下一輪的啟動子掃描?;瑒訆Agp45的存在使得啟動子掃描的過程從三維變成了一維,從而大大提高了轉錄起始的效率。

 

圖2 T4噬菌體依賴滑動夾的轉錄激活模型

浙江大學基礎醫學院博士后史婧、博士研究生溫璦嘉、碩士研究生金莎為該研究的共同第一作者,浙江大學基礎醫學院馮鈺研究員為該研究的通訊作者。該研究的冷凍電鏡工作全部在浙江大學冷凍電鏡中心完成,也得到了浙江大學冷凍電鏡中心高性能計算平臺和醫學院蛋白質平臺支持。

原文鏈接:https://doi.org/10.1038/s41467-021-21392-0


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