Nature子刊解读!若何调理核糖体RNA的临盆线？

2021年1月31日 讯 /100医药网BIOON/ --近日，一篇颁发在国内杂志Nature Communications上题为“Structural basis of ribosomal RNA transcription regulation”的研讨申报中，来自宾夕法尼亚州立年夜学等机构的迷信家们通过研讨提醒了调理核糖体RNA临盆线的原理。当资本匮乏，年夜肠杆菌必要减缓其成长速率时，其从DNA模板制作RNA的酶类就会产生改动，从而就会减缓细胞内最丰厚的RNA类型—核糖体RNA（rRNA）的发生，文章中，研讨职员使用高温电镜技术（cryo-EM）捕获到了RNA聚合酶与DNA造成复合体时的构造，并展示出了其活性若何跟着成长前提的好转而产生改动。

研讨者Katsuhiko Murakami传授说道，RNA聚合酶是一种能应用DNA编码的信息发生多种RNA的酶类，这是分子生物学中间法令的症结步调之一，行将遗传信息从DNA转移到RNA上，而RNA通常可能编码卵白质，这是从细菌到人类等生物体维持性命所必要的，而这个进程根本上也是共享的，研讨职员十分感趣味研讨RNA聚合酶的构造是若何改动从而来调理其活性和功效，但使用诸如X射线晶体衍射学技术等传统办法却很难捕获到其构造的存在，这就必要对样品进行结晶来确定其构造了。

图片起源：Murakami Laboratory, Penn State

RNA聚合酶能通过与被称之为启动子的特定DNA序列的联合来发扬功效，这些启动子序列通常位于将要被制作成RNA的基因开端邻近的地位；为了懂得在互相作用进程中聚合酶的构造和功效，研讨职员就必要在聚合酶与启动子DNA联合时捕获到它，但在一些启动子处的互相作用能够会十分不稳定，只有在复合体十分稳定的环境下，晶体学技术能力够捕获到与启动子联合的RNA聚合酶，但关于核糖体RNA启动子来说，这种互相作用往往是不稳定的，如许聚合酶就可以迅速逃走开端制作RNA；为了察看这些互相作用，研讨职员转而使用cryo-EM技术来帮忙他们在溶液中对年夜分子的构造进行可视化操作。

研讨者说道，当评论辩论RNA时，年夜多半都邑想到mRNA，其是制作卵白质的模板，但细胞中最丰厚的的RNA类型理论上并并不会编码卵白质，核糖体RNA是核糖体的次要构造组分，而核糖体因此信使RNA为模板构建卵白质的细胞机械，核糖体RNA的合成占到了年夜肠杆菌细胞中RNA合成总量的70%。当细胞决裂时，年夜肠杆菌会在养分丰厚的成长前提下每20分钟就进行一次决裂，其必要为所发生的两个子代细胞提供足够的核糖体来发扬作用，以是就会不时地制作核糖体RNA。研讨者Murakami说道，要是进行了一些包膜后的盘算，一个年夜肠杆菌细胞会每20分钟就制作年夜约7万个核糖体，这就象征着RNA聚合酶会每隔1.7秒就从每个核糖体RNA启动子开端合成核糖体RNA，是以，聚合酶必需长久地联合核糖体RNA启动子，以便能疾速进入核糖体RNA的合成步调，这关于晶体学的办法而言或者并不睬解，但在cryo-EM的研讨中研讨职员就能捕获到这种互相作用，现实上，其还能在一个样品中察看到分歧的几个阶段的互相作用。

如今研讨职员可能在两个分歧阶段确定RNA聚合酶-启动子复合体的三维构造，一种是当DAN仍旧处于封锁状态，即在DNA分子的两条链拆散许可进入模板链之前（封锁复合体）；一种是当DNA处于开放状态（开放复合体），并为RNA合成开端做好筹备。研讨者发现，当聚合酶与启动子RNA联合时，一部门被称之为sigma因子的聚合酶就会产生很年夜的构象变动，这是此前从未察看到的，这种变动或者开启了一扇门，使得DNA能进入聚合酶的裂痕，并迅速造成开放的复合物。

当年夜肠杆菌因为资本无限而必要减缓其成长速率时，名为DksA（全局性的转录调理子）和ppGpp（一种细菌旌旗灯号分子）的两种分子就会间接与聚合酶联合以削减核糖体RNA的发生，研讨职员阐发了这两种因子若何联合来改动聚合酶的构象并以一种启动子特同性的方式影响其活性。研讨者Murakami说道，DksA和ppGpp与聚合酶的联合可能改动其构象，这或者就会预防“门控”构造的翻开，是以聚合酶必需遵循另一条路径来造成开放的复合物，关于核糖体启动子而言这或者并不是一个抱负的路径，是以会减缓其活性；察看到聚合酶的这些构象变动具备间接的功效性效果，这让研讨职员十分兴奋；要是没有cryo-EM技术的帮忙，研讨职员无奈做到这一点。该技术能以优化的试验前提筹备标本，随后应用先进的设备就能高分辩率地手机数据，如许研讨职员就能持续阐发此前无奈得到的细胞组分和复合体了。（100医药网100yiyao.com）

参考材料：

【1】Shin， Y.， Qayyum， M.Z.， Pupov， D. et al. . Nat Commun 12， 528 (2021).doi：10.1038/s41467-020-20776-y