《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。
  • 《我国科学家研究揭示绿藻光系统I高效捕获及传递光能的分子机制》

    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2019-03-19
    • 3月8日, Nature Plants 杂志在线发表了中国科学院科学家团队——生物物理研究所常文瑞/李梅研究组与章新政研究组的合作研究成果,题为 Antenna arrangement and energy transfer pathways of a green algal photosystem I-LHCI supercomplex ,该项工作首次报道了莱茵衣藻光系统I-捕光复合物I(PSI-LHCI)超级复合物的高分辨率冷冻电镜结构,提供了精确的衣藻PSI-LHCI结构模型,展示了其各亚基的组装和色素排布方式,揭示了其高效的光能捕获和能量传递的分子机制。    放氧光合作用利用太阳能产生氧气及碳水化合物,为地球上几乎全部生物提供生存的基础。放氧光合生物(包括植物、真核藻类和蓝藻)有两个光系统,分别是光系统I(PSI)和光系统II(PSII)。植物和藻类中的光系统I是由核心复合物和外周的捕光蛋白复合物(LHCI)组成的多亚基膜蛋白-色素复合物,其通过外周天线吸收光能,传递到核心,驱动电子传递,并最终将电子提供给ferredoxin生成NADPH。在进化过程中,不同物种的PSI核心是相对保守的,但外周捕光天线系统差异很大,尤其是绿藻的光系统I的外周天线系统更为多变。对绿藻模式生物莱茵衣藻的研究表明,其光系统I的天线系统相比于其它真核藻类和植物来说更大也更为复杂,可能结合多达10个捕光天线蛋白,而高等植物的光系统I核心只稳定结合4个LHCI,低等红藻光系统I中也只有3或5个天线蛋白。研究表明,虽然衣藻PSI-LHCI的捕光天线系统更为庞大,但它与植物PSI-LHCI具有相似的平均荧光寿命,表明衣藻PSI-LHCI中捕光天线向核心的激发能传递效率更高。到目前为止,来源于红藻及高等植物的PSI-LHCI复合物都已经有高分辨率的结构,但尚缺乏来源于绿藻的PSI-LHCI的高分辨率结构信息,对衣藻PSI-LHCI复合物的结构研究将有助于深入了解其高效捕获和传递能量的途径和机制。    生物物理所研究团队通过单颗粒冷冻电镜技术解析了来源于衣藻的两种不同的PSI-LHCI超级复合物的精细结构,结构中PSI核心分别结合8个或10个捕光天线蛋白,其分辨率分别达到2.9埃 (PSI-8LHCI)和3.3埃(PSI-10LHCI)。两种类型的复合物均在核心复合物的一侧结合有8个捕光天线蛋白,分为两层排列,该工作通过结构生物学手段,首次直接确认了这8个捕光天线蛋白的身份及定位,并指认了18个蛋白亚基,216个叶绿素,48个类胡萝卜素及其他一些辅因子。在PSI-10LHCI结构中,核心复合物的另一侧还结合了两个捕光天线,结构中共构建了23个蛋白亚基,这也是迄今为止解析的最大的PSI-LHCI(约750kDa)结构。结构分析表明,相比于植物PSI,衣藻PSI的每个捕光天线结合更多的叶绿素,且色素分子间形成更多的能量传递通路,因而更有利于光能的捕获和激发能的快速传递。上述研究结果对于在分子水平上理解光系统I超级复合物中的光能捕获和传递的分子机制具有重要意义。    生物物理所研究员李梅和章新政为该工作的共同通讯作者,副研究员苏小东、马军和潘晓伟为该项工作的共同第一作者,中国科学院院士常文瑞、研究员柳振峰和赵学琳参与了该项研究工作。该研究工作得到科技部重点研发计划、中国科学院B类先导专项、中国科学院前沿科学重点研究项目、国家自然科学基金、国家“青年相关人才计划”和中国科学院青年创新促进会的共同资助。数据收集和样品分析等工作得到生物物理所“生物成像中心”和蛋白质科学研究平台等有关工作人员的支持和帮助。