Qsarpress

ما في ذلك السياسة والأعمال والتكنولوجيا والحياة والرأي والرياضة.

يكشف Cryo-EM عن الديناميكيات الهيكلية لتفاعلات RNAP-DNA أثناء بدء النسخ

يكشف Cryo-EM عن الديناميكيات الهيكلية لتفاعلات RNAP-DNA أثناء بدء النسخ

كل خلية تحول الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي. تبدأ هذه العملية عندما يلتصق إنزيم يسمى بوليميراز الحمض النووي الريبي (RNAP) بالحمض النووي. في غضون بضع مئات من المللي ثانية، يتفكك الحلزون المزدوج للحمض النووي ليشكل عقدة تسمى فقاعة النسخ، بحيث يمكن نسخ شريط الحمض النووي المكشوف إلى شريط الحمض النووي الريبي المكمل.

كيف ينجز RNAP هذا العمل الفذ غير معروف إلى حد كبير. إن الحصول على لقطة من RNAP أثناء عملية فتح تلك الفقاعة من شأنه أن يوفر ثروة من المعلومات، ولكن العملية تحدث بسرعة كبيرة جدًا بحيث لا تتمكن التكنولوجيا الحالية من التقاط تصورات لهذه الهياكل بسهولة. والآن دراسة جديدة التركيب الطبيعي والبيولوجيا الجزيئية يصف E. coli RNAP أثناء عمله لفتح فقاعة النسخ.

تم التقاط النتائج عن طريق خلط RNAP مع الحمض النووي في غضون 500 مللي ثانية، وسلطت الضوء على الآليات الأساسية للنسخ والإجابة على الأسئلة القديمة حول آلية البدء وأهمية خطواتها المختلفة. وقالت المؤلفة الأولى روث ساكر، المتخصصة في الأبحاث في مختبر سيث دورست في روكفلر: “هذه هي المرة الأولى التي يلتقط فيها أي شخص مجمعات النسخ الفعلية. إن فهم هذه العملية مهم لأنه خطوة تنظيمية رئيسية في التعبير الجيني”.

مشهد لم يسبق له مثيل من قبل

كان دورست أول من وصف بنية RNAP البكتيري، وكان اكتشاف نقاطه الدقيقة محورًا رئيسيًا لمختبره. على الرغم من أن عقودًا من العمل أثبتت أن ارتباط RNAP بتسلسل معين من الحمض النووي يؤدي إلى سلسلة من الخطوات التي تفتح الحويصلة، إلا أن كيفية فصل RNAP للخيوط ووضع الشريط في موقعه النشط لا تزال محل نقاش ساخن.

اقترح العمل المبكر في هذا المجال أن فتح الفقاعة يعمل بمثابة تأخر حرج في العملية، مما يوضح مدى السرعة التي يمكن أن يتقدم بها RNAP إلى تخليق الحمض النووي الريبي (RNA). وقد تحدت النتائج اللاحقة في هذا المجال هذا الرأي، وظهرت عدة نظريات حول طبيعة خطوة تحديد المعدل هذه. يقول أندرياس مولر، زميل ما بعد الدكتوراه في المختبر: “نحن نعلم من التقنيات البيولوجية الأخرى أنه عندما يواجه RNAP الحمض النووي لأول مرة، فإنه يشكل مجمعات وسيطة منظمة للغاية”. “لكن هذا الجزء من العملية يحدث في أقل من ثانية، ولا يمكننا التقاط الهياكل في مثل هذا النطاق الزمني القصير.”

READ  قد يكون مكبر الصوت الجديد المضاد للماء من Bose صديق التخييم المثالي

لفهم هذه المجمعات الوسيطة بشكل أفضل، تعاون الفريق مع زملائه في مركز نيويورك للبيولوجيا الهيكلية، الذين طوروا نظامًا آليًا يعتمد على نفث الحبر يمكنه إعداد العينات البيولوجية بسرعة لتحليل المجهر الإلكتروني المبرد. ومن خلال هذه الشراكة، تمكن الفريق من التقاط مجمعات تتشكل على الحمض النووي خلال أول 100 إلى 500 مللي ثانية من تقاطع RNAP، مما يوفر صورًا لأربعة مجمعات وسيطة متميزة بتفاصيل كافية لتمكين التحليل.

لأول مرة، تم التركيز على صورة واضحة للتغيرات الهيكلية والوسائط التي تشكلت خلال المراحل المبكرة من ارتباط بوليميراز الحمض النووي الريبي بالحمض النووي.

التكنولوجيا مهمة جدًا لهذا الاختبار. وبدون القدرة على مزج الحمض النووي وRNAP بسرعة والتقاط صورته في الوقت الحقيقي، لم تكن هذه النتائج لتوجد.”


روث ساكر، محررة أولى

الوصول إلى الموقف

ومن خلال فحص هذه الصور، تمكن الفريق من تحديد سلسلة من الأحداث التي توضح كيفية تفاعل RNAP مع خيوط الحمض النووي بمستوى من التفاصيل لم يسبق له مثيل. عندما يتفكك الحمض النووي، يلتقط RNAP تدريجيًا أحد خيوط الحمض النووي لمنع الحلزون المزدوج من العودة معًا مرة أخرى. كل تفاعل جديد يغير شكل RNAP، مما يساعده على تكوين روابط البروتين-DNA. يتضمن ذلك دفع جزء من البروتين الذي يمنع الحمض النووي من دخول الموقع النشط لـ RNAP. وبالتالي يتم تشكيل فقاعة النسخ مستقرة.

يقترح الفريق أن وضع شريط قالب الحمض النووي في الموقع النشط لإنزيم RNAP قد يكون خطوة تحديد معدل النسخ. تتضمن هذه الخطوة إعادة ترتيب العديد من المكونات، والتغلب على حواجز الطاقة الكبيرة. تهدف الأبحاث المستقبلية إلى تأكيد هذه الفرضية الجديدة والتحقيق في الخطوات الأخرى في النسخ.

READ  الإصدار 1.0.3 من Metroid Dread متاح الآن ، إليك ملاحظات التصحيح الكاملة

يقول مولر: “لقد رأينا فقط المراحل الأولى من هذا البحث”. “بعد ذلك، نأمل أن ننظر إلى المجمعات الأخرى، ونقاط زمنية لاحقة وخطوات إضافية في دورة النسخ.”

وبعيدًا عن حل النظريات المتضاربة حول كيفية التقاط خيوط الحمض النووي، تسلط هذه النتائج الضوء على قيمة الطريقة الجديدة، والتي يمكنها التقاط الأحداث الجزيئية التي تحدث خلال أجزاء من الثانية في الوقت الفعلي. تتيح هذه التكنولوجيا إجراء المزيد من هذه الدراسات، مما يمكّن العلماء من تصور التفاعلات الديناميكية في الأنظمة البيولوجية.

يقول دورست: “إذا أردنا أن نفهم إحدى العمليات الأساسية للحياة، وهو ما تفعله جميع الخلايا، فنحن بحاجة إلى فهم كيفية التحكم في تقدمها وسرعتها”. “بمجرد أن نعرف ذلك، سيكون لدينا صورة أوضح لكيفية بدء النسخ.”

مصدر:

ملاحظة للمجلة:

سيكار، ر.مواشياء أخرى عديدة. (2024) الوسطيات المبكرة لمروج بوليميريز الحمض النووي الريبي (RNA) البكتيري الذي تم تصويره بواسطة المجهر الإلكتروني المبرد الذي تم حله بمرور الوقت. التركيب الطبيعي والبيولوجيا الجزيئية. doi.org/10.1038/s41594-024-01349-9.