Enkeltmolekyle dissektion af udviklingsmæssig genkontrol

Forskere ved EPFL og Max Plank har gjort betydelige opdagelser af, hvordan udviklingsgener styres af methyltransferase -enzymet PRC2. Undersøgelsen er offentliggjort i Natur Strukturel &Molekylær Biologi .

Polycomb repressive complex 2 (PRC2) er en del af et større system af proteiner, der arbejder sammen om at undertrykke ekspressionen af ​​udviklingsgener. PRC2 gør dette ved at tilføje op til tre methylgrupper til en specifik lysinaminosyre (lysin 27) i histon H3 -proteinet. Trimethylering (tre methylgrupper) af lysin 27 er især vigtig, som slukker ekspressionen af ​​specifikke gener under udvikling.

Sådan genundertrykkelse kræver en høj koncentration af lysin 27 trimethylering inden for definerede kromatin (DNA viklet omkring histoner) områder, da mutationer, der forhindrer denne proces, resulterer i udviklingsfejl eller kræft. For maksimal aktivitet, PRC2 har brug for yderligere "tilbehørsfaktorer", som varierer mellem arter. Hos mennesker, en hovedtilbehørsfaktor er PHF1.

Nu, laboratorier af Beat Fierz ved EPFL og Jürg Muller ved MPI kombineret kemisk biologi, biofysik, og strukturelle undersøgelser for at identificere den mekanisme, hvormed PHF1 øger aktiviteten af ​​PRC2 -enzymet.

Forskerne brugte enkeltmolekylær fluorescensbilleddannelse til direkte at observere menneskelige PHF1-PRC2-komplekser, der interagerer med syntetiske kromatinfibre i realtid. Disse eksperimenter afslørede, at PHF1 -proteiner forankrer PRC2 på kromatin, øge deres lokale aktivitet.

Strukturel analyse viste, at PHF1 indeholder et tidligere ukendt DNA-bindende domæne, hvis interaktioner med det nukleosomale DNA er afgørende for forankring af PRC2 til kromatin og for at øge dets aktivitet. I det væsentlige, dette DNA-bindende domæne er nøglen til effektiv genregulering på tværs af forskellige arter. Som forfatterne skriver:"... en væsentlig del af bindingsaffiniteten af ​​PRC2 for nukleosomer stammer fra interaktioner mellem komplekset og DNA."

Forfatterne drager tre konklusioner af resultaterne:For det første, at PRC2's bindingsaffinitet for chromatinsubstrat bestemmes af dets interaktioner med DNA. Sekund, at øget forankring af PRC2 til kromatin via PHF1 afhænger af en nyligt identificeret strukturel enhed i PHF1. Og for det tredje, at stabile PRC2 -kromatininteraktioner, medieret af PHF1, er nøglen til øget lysintrimethylering i kromatin - og dermed til genrepression.

"Vi er begejstrede for evnen til at kombinere kemi og billeddannelse til at observere grundlæggende molekylære processer på enkeltmolekylskalaen og i realtid, "siger Beat Fierz." Disse fremgangsmåder giver virkelig nye veje til at forstå biologi med kemisk præcision, som vist her for PRC2-afhængig genregulering. "