Poate fi nevoie de un sat (de proteine) pentru a activa genele

Activarea genelor poate funcționa ca formarea unui flash mob.

În interiorul nucleului unei celule, grupuri cu mișcare rapidă de proteine ​​floppy se înghesuie în jurul comutatoarelor de control al genelor și se unesc în picături pentru a activa genele, raportează Ibrahim Cissé de la MIT și colegii săi pe 21 iunie în două lucrări în Ştiinţă.

Cercetătorii au demonstrat anterior că proteinele formează astfel de picături în citoplasmă, intestinele celulei ca gelatină. Unii, inclusiv colegii lui Cissé de la MIT, Richard Young și Phillip Sharp, au propus că acest proces – numit separare de fază – ar putea avea loc și în nucleu atunci când mașinile celulare activează genele, ceea ce implică copierea instrucțiunilor ADN în mesaje ARN.

Dacă este confirmată, descoperirea provoacă ideile anterioare conform cărora activitatea genelor este controlată de molecule unice de complexe proteice stabile care rămân lipite de ADN pentru perioade lungi.

Cissé și colegii săi au folosit microscopia de super-rezoluție pentru a vedea moleculele individuale de proteine ​​din celulele stem embrionare de șoarece vii. În special, ei au fost interesați de ARN polimeraza II, o enzimă care copiază ADN-ul în ARN și părți din complexul Mediator, un grup de proteine ​​care ajută la demararea procesului de copiere, numit transcripție. Cercetătorii au etichetat proteinele cu o proteină fluorescentă și au urmărit ce s-a întâmplat.

ARN polimerazele II și proteinele Mediator au format fiecare grupuri mari, fiecare cu aproximativ 200 până la 400 de molecule. Aceste clustere aveau proprietăți ale picăturilor separate de fază: fiecare cluster forma puncte distincte atunci când era privit prin microscop. Acele puncte s-ar putea fuzione împreună, ca picăturile de ulei care se contopesc în apă. Și picăturile ar putea fi dispersate cu alcool. Aceasta este o dovadă convingătoare că Cissé vede condensate separate pe fază, spune Anthony Hyman, biolog la Institutul Max Planck de Biologie Moleculară și Genetică a Celulare din Dresda, Germania. Nu a fost implicat în lucrare.

În timp ce aceste clustere par stabile, cercetătorii au descoperit că polimeraza individuală sau proteinele Mediator se întâlneau în mod constant în interiorul sau în afara grupului. Aproximativ 90% din moleculele de polimerază și 60% din moleculele Mediator au petrecut doar aproximativ 10 secunde în grupuri, a descoperit echipa.

Acesta este un contrast puternic cu studiile anterioare care sugerează că ARN polimeraza II rămâne la o genă minute până la ore, spune biochimistul unicelular Robert Tjian, investigator al Institutului Medical Howard Hughes de la Universitatea din California, Berkeley. „Cea mai mare surpriză este cât de repede se întâmplă aceste lucruri”, spune Tjian. El și colegii sai au descoperit că aceste proteine ​​interacționează doar pentru scurt timp, majoritatea timp de doar cinci până la 20 de secunde.

Aceste mafiote de proteine ​​sunt atrase împreună de bițile lor de dischetă, numite regiuni de complexitate scăzută sau regiuni intrinsec dezordonate, raportează Tjian și colegii săi pe 21 iunie. Ştiinţă. Proteinele floppy, intrinsec dezordonate sunt necesare pentru o mare varietate de procese celulare (SN: 2/9/13, str. 26).

În studiile lui Cissé, proteinele Mediator s-au grupat cu grupuri de comutatoare de control al genelor numite super-amplificatori. De obicei, super-amplificatorii sunt localizați departe de genele pe care le reglementează și pot controla mai multe gene, uneori simultan. Picăturile care conțin proteine ​​mediatoare și super-amplificatorii pot interacționa cu picăturile care conțin ARN polimeraza II pentru a stimula transcripția, sugerează descoperirile.

Coalescența bruscă a proteinelor în picături ar putea ajuta la explicarea de ce genele se activează rapid, spune Hyman. Bulele de intensificatori ar putea interacționa cu mai multe bule de ARN polimerază II pentru a activa mai multe gene simultan, lucru care a fost greu de explicat dacă moleculele de proteină individuale erau responsabile.

Tjian nu numește ceea ce vede el separare de fază, chiar dacă rezultatele lui sunt similare cu cele ale lui Cissé. Nu este necesar să se concentreze proteinele atât de dens încât acestea să formeze picături pentru a începe transcripția, spune el. În schimb, proteinele grupate în hub-uri pot stimula transcripția la o serie de concentrații, a descoperit el.

Dar Julie Forman-Kay, chimist biofizic la Spitalul pentru Copii Bolnavi din Toronto, spune că Tjian face un argument semantic. „Ceea ce el numește un hub este, în cartea mea, o dovadă pentru separarea fazelor”, spune ea. Toate studiile arată același lucru, spune ea: grupuri de proteine ​​floppy se concentrează în anumite locații pentru a activa genele.

Dar asocierea dintre separarea fazelor și transcripție nu a fost încă dovedită, spune biochimistul Danny Reinberg de la Universitatea Langone Health din New York. El este de acord cu descoperirile lui Tjian conform cărora interacțiunile slabe dintre proteine ​​se pot adăuga la un impuls puternic pentru a face ceva, în acest caz, pentru a copia ADN-ul în ARN. Dar are nevoie de mai multe dovezi că transcripția este stimulată de separarea fazelor în picături, așa cum descriu Cissé și colegii. „Nu spun că nu se întâmplă”, spune Reinberg. „Spun că se poate întâmpla, s-ar putea să se întâmple, dar nu există nicio dovadă în acest sens în aceste două lucrări.”