《Cell:科学家揭示端粒酶内部工作机制》

  • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: hujm
  • 发布时间:2018-06-13
  • 端粒酶是一个RNA-蛋白复合物(RNP),负责使用其端粒酶逆转录酶(TERT)和包含模板的端粒酶RNA(TER)在染色体3’末端延长端粒DNA。它的活性是人类健康的关键决定因素,影响着衰老、癌症以及干细胞更新。但是由于缺乏端粒酶、尤其是结合着端粒DNA的端粒酶的原子模型,我们对端粒DNA反复合成的机制并不是很清楚。

    为了解决这个问题,来自加州大学洛杉矶分校等单位的科学家们在Z. Hong Zhou及Juli Feigon的带领下使用冷冻电子显微镜揭示了四膜虫中结合了端粒DNA的活化端粒酶的原子结构,分辨率达4.8埃,相关研究成果于近日发表在《Cell》上,题为“Structure of Telomerase with Telomeric DNA”。

    研究人员发现端粒酶的催化核心是一个由TERT和TER连锁的复杂结构,包括一个过去未完全表征的TERT结构域,可以与TEN结构域相互作用,在物理上封闭TER,以此调节其活性。

    总的而言,这项研究揭示了端粒酶催化核心及其与端粒DNA相互作用形成的复合物的原子结构,为端粒酶组装和循环提供了新的观点,同时还为逆转录酶RNP提供了一个新的范例。这将为促进人们了解端粒及端粒酶在衰老、癌症等一系列生命过程中发挥的作用奠定基础。

  • 原文来源:https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(18)30570-1
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  • 《科学家揭示高温导致棉花雄性不育新机制》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2018-06-24
    • 近日,华中农业大学棉花研究团队阐明了DNA甲基化对于高温胁迫下花粉活性和花药开裂具有不同的调控作用,有关研究论文在线发表于《植物细胞》上。 课题组前期鉴定了两个在高温下存在表型差异的材料:“84021”(耐高温)和“H05”(敏高温),转录组测序发现敏高温材料“H05”在高温下的差异表达基因数目远远超过耐高温材料“84021”。同时液相色谱测定结果显示两者内源的DNA甲基化整体水平在高温胁迫下存在显着差异,DNA甲基化整体水平的波动可能影响糖信号、活性氧和生长素之间的平衡导致雄性败育。进一步分析发现高温胁迫上调敏高温材料“H05”中I型酪蛋白激酶在花药绒毡层和小孢子中的表达,影响花药中糖与激素信号之间的平衡,导致败育。但DNA甲基化参与植物雄性生殖器官高温响应的机制仍不清楚。 为建立高温胁迫导致DNA甲基化变化调控花药育性之间的关系,研究人员继续采用“84021”和“H05”,分别在常温和高温条件下,构建了四分体时期,绒毡层降解时期和花药开裂期三个重要花药发育时期的DNA甲基化差异图谱。阐明在高温胁迫下,“H05”呈现出相对较低的DNA甲基化水平,而“84021”则一直维持在较高的水平。“H05”中较低的24nt小RNA数量暗示着小RNA介导的DNA甲基化建立途径(RdDM)受到影响。通过外施DNA甲基化抑制剂,发现“H05”在常温下出现了类似高温胁迫下花粉不育的表型,但与此同时花药壁却正常开裂。进一步的RNA测序结果显示,糖和活性氧代谢途径明显受到DNA甲基化的调控,而生长素路径在抑制剂的处理下却没有出现明显的变化。另一方面课题组通过smallRNA及降解组测序发现高温胁迫是通过影响生长素相关micRNAs的转录进而调控花药开裂。 本研究首次绘制了高温与常温下棉花花药中的DNA甲基化图谱,并首次发现高温胁迫下导致的花粉不育和花药壁不开裂表型受不同的路径调控,这对进一步研究高温导致雄性不育的机理,创制耐高温种质具有重要意义。
  • 《科学家有望利用先进的技术揭示HIV的动态结构!》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2020-07-29
    • 病毒非常可怕,其就像看不见的军队一样入侵宿主细胞,而且每种病毒都有着自己的攻击策略,当病毒开始摧毁人类和动物群落时,科学家们就会想到各种方法来反击,很多科学家们会利用电镜来观察病毒中的单个分子是如何活动的,然而最为复杂的技术需要将样本冷冻和固定从而获得最高的分辨率。 近日,一项刊登在国际杂志Biophysical Journal上题为“Dynamics of the HIV Gag Lattice Detected by Localization Correlation Analysis and Time-Lapse iPALM”的研究报告中,来自犹他大学等机构的科学家们通过研究开发了一种新方法,其能在室温下对病毒样颗粒进行实时高分辨率成像,研究者表示,这种方法揭示了,形成HIV主要结构组分的晶格(lattice)处于动态变化中,由Gag和GagPol蛋白形成的扩散晶格(长期以来一直被认为是完全处于静态的)或能帮助研究人员开发新型HIV疗法。 当HIV颗粒从受感染的细胞中萌芽时,在病毒具有感染性之前其会经历一段滞后过程,以一半分子形式嵌入到GagPol蛋白中的酶类—蛋白酶就会在二聚化的过程中与其它分子相结合,从而就会触发病毒的成熟过程,目前并没有人清除这些一半蛋白酶分子是如何找到彼此并进行而聚化过程的,但其或许与位于病毒包膜内的Gag和GagPol蛋白形成的晶格的重新排列有关,Gag是一种主要的结构蛋白,其足以组装病毒样颗粒,Gag分子能形成一种晶格六边形结构,并与自身交织在一起,且其中间会夹杂着微小的间隙,而研究者所开发的新方法表明,Gag蛋白晶格或许并非一成不变。 研究者ipsita Saha表示,这种新方法能通过利用传统上只提供静态信息的显微镜进行研究,但除了新的现为境外,研究者还是用了数学模型和生化实验来证实晶格的动态学变化过程,除了病毒外,这种新方法的一个主要应用就是能让我们看到分子在细胞中是如何移动的,这样就能帮助研究者研究任何生物医学结构。起初,科学家们并不是在寻找动态结构,他们只是想研究Gag蛋白的晶格,而研究人员试图利用新型的显微镜技术来在室温下研究病毒颗粒,从而实时观察病毒的行为,由于HIV的尺寸非常小,大约仅有120纳米直径,因此研究人员利用了干涉光激活定位显微镜(iPALM)进行了相关研究。 首先,研究者Saha利用名为Dendra2的荧光蛋白来标记Gag,并将所得到的Gag-Dendra2蛋白制作成病毒样颗粒,这些病毒样的颗粒与HIV颗粒相同,但其仅由Gag-Dendra2蛋白晶格结构制成,研究者表示,所产生的Gag-Dendra2蛋白组装病毒样颗粒的方式与病毒样颗粒组成常规Gag蛋白的方式相同,荧光附着技术能让iPALM以10纳米的分辨力对颗粒进行成像,研究者发现,每个固定化的病毒样颗粒都能融入到1400-2400Gag-Dendra2蛋白中并排列成一个六边形的晶格,当研究者利用iPALM数据来重建晶格的延时图像时,Gag-Dendra2的晶格似乎并不会随着时间的推移而静止,为了确定这一结果,研究人员利用了数学和生化两种方法进行验证。 首先,他们将蛋白晶格划分为统一的独立片段,利用关联分析,研究者检测了每个片段如何随着时间的推移而与自身相关联,如果每个片段能持续与自身相关联,则蛋白质处于静止状态,如果其失去了相关性,则说明蛋白质已经发生了扩散,研究者发现,随着时间的推移,蛋白质处于动态变化之中。其次,研究者使用生化方法验证了动态晶格,在实验中,他们开发出了病毒样的颗粒,其晶格由80%的Gag野生蛋白、10%的SNAP标记的Gag蛋白以及10%Halo标记的Gag蛋白组成,SNAP和Halo是能够结合在一起形成连接体的蛋白质,研究者的想法是确定是否蛋白晶格中的分子能够保持静止不变或其是否会迁移位置。 研究者Saha说道,Gag-蛋白质会随机地自我组装,SNAP和Halo可能会处于晶格中的任何地方,有些可能会彼此靠近,有些则会远离,如果晶格结构发生变化的话,分子就可能会相互靠近;随后研究人员将一种名为Haxs8的分子引入到了病毒样颗粒中,Haxs8是一种二聚体,当SNAP和Halo蛋白在彼此的结合半径内时,它们会共价结合,如果其二者彼此相邻移动时就会产生二聚体复合物,随后研究者开始追踪随着时间变化这些二聚体复合物的浓度是否会发生变化,如果浓度发生变化,就说明新的分子发现了对方,如果浓度降低了则表明蛋白质破裂了,无论哪种情况,都表明运动已经发生了,研究者发现,随着时间延续,二聚体的百分比会增加,而Halo和SNAP Gag蛋白会在整个晶格中移动,并随着时间的推移会走到一起。 这项研究中,研究人员通过研究首次揭示了,包膜病毒的蛋白晶格结构是处于动态变化的,文章中研究人员开发的新工具或能更好地理解随着病毒颗粒从不成熟过渡到危险感染阶段时晶格内部所发生的变化;本文研究结果或许能帮助研究人员阐明HIV诱发感染的分子机制,如果研究者能弄清楚这一过程的话,或许就能开发出相应的措施或药物来阻断HIV的进展。