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Molecular “Tails” Are Secret Ingredient for Gene Activation in Humans, Yeast, and Other Organisms

人类似乎与低等的酵母细胞没有什么共同之处。人类有毛发、皮肤、肌肉和骨骼,还有其他一些属性。酵母没有这些物质。

但除了它们的明显区别之外,酵母和人类,以及大部分生命,还有很多共同之处,尤其是在细胞水平上。其中一个共同点是,我们的细胞用来制造DNA片段的RNA拷贝的酶。这种酶沿着一条从它所在的染色体中分离出来的DNA链滑到遗传密码"和",然后组装一条含有相同密码的RNA链。当一个基因在生物体中被激活时,这种复制过程,即转录,在分子水平上发生。所有的真核细胞(有细胞核的细胞)中都有这种RNA聚合酶,无论这些细胞来自红木、蚯蚓、驯鹿还是蘑菇,它本质上都是一样的。

这个事实给科学家们带来了一个谜团:尽管酵母细胞的DNA在许多方面与人类细胞的DNA不同,但同一种酶却能对两者起作用。现在,加州理工学院的一个研究小组发现了一种方法。

在一篇出现在7月15日的《分子细胞,团队,其中包括保罗•斯特恩伯格布伦生物学教授和研究生波菲里奥•Quintero Cadena表明,这种酶是生物适应匹配不同类型的DNA通过增加尾巴的氨基酸(氨基酸是蛋白质的基石和酶)的长度与DNA酶处理的长度。DNA越长,氨基酸尾巴就越长。

"说,一个有趣的问题是,地球上如此广泛的、分子上不同的物种是如何使用相同的基因激活机制的。具体地说,因为这种机制需要一个DNA分子的两个部分结合在一起,所以长DNA分子的物种转录基因就比较困难了

为了想象氨基酸尾是如何帮助酶与两段DNA分子一起工作的,我们可以把尾和DNA想象成像维可牢尼龙搭扣一样的部分,酶由两段维可牢尼龙搭扣组成,每一段粘在互补的DNA上。为了开始将DNA转录成RNA,这两部分需要相互连接。这种连接的过程实际上是相当随意的。这两个DNA片段在细胞内随机移动,直到它们碰巧相遇。

较长的氨基酸尾部不会增加这些随机相遇的机会,但会使酶更具粘性,所以当它们碰撞时,它们更有可能呆在一起。

然而,这并不是氨基酸尾部协助DNA转录的唯一方式。Quintero Cadena说,通过将更多的酶聚集在一起,尾巴有时也会产生一个无膜的细胞器,本质上是细胞内DNA转录定位的区域。一般来说,细胞的每个细胞器都可以被认为是一个被自己的膜所包围的离散的物体。然而,研究小组的研究表明,当涉及到聚合酶时,它们的尾巴可以帮助酶聚集到一个地方,而不需要被膜包裹。这是因为附着在聚合酶上的氨基酸尾部对其他氨基酸尾部的亲和力大于对充满细胞的液体的亲和力。这就像混合在水中的油将自己分离并聚集成水滴一样。

然而,Quintero Cadena补充说,不像油对水没有亲和力,氨基酸尾部可以通过化学方式被细胞调整,以使其对其他细胞内容物有必要的或多或少的亲和力。这使得细胞能够调整酶在彼此周围聚集的强度。

Quintero Cadena说,这些发现为基因如何在细胞中被激活,以及相同的细胞机制如何通过进化在不同的生物体中发挥作用提供了更清晰的概念。

他说:“在短期内,这微妙但重要的改变了我们头脑中关于分子如何相互作用从而启动基因的卡通形象。”"In长远来看,更好的理解基因活化描绘了一幅更完整的内部运作的一个细胞,这可能帮助我们理解事情出错在细胞如何导致疾病,和更广泛的了解细胞在不同environments."随时间变化的适应

这篇论文的题目是:"RNA Pol II的长度和无序使得转录破裂的协同缩放成为可能。"除了加州理工学院的Quintero Cadena和Sternberg,论文的合著者是荷兰癌症研究所的Tineke L. Lenstra。

该研究由霍华德休斯医学研究所、戈登罗斯医学基金会和本杰明m罗森研究生奖学金提供支持。

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://www.caltech.edu/about/news/molecular-tails-are-secret-ingredient-gene-activation-humans-yeast-and-other-organisms