Мы никогда не были бы в состоянии разобраться в нем. Процесс так сложен, призывая к гармоническому сочетанию более чем ста узкоспециализированных белков, каждый из которых должен играть свою роль в точно правильный момент и в надлежащей ориентации в пространстве.
Это часто сравнивалось с изящно поставленным молекулярным танцем. У самых маленьких ошибок, оставленных неисправленными, могут быть смертельные последствия.
Важно, чтобы геном копировал однажды и только однажды во время каждого цикла клеточного деления.В iLife журнала команда биологов co-led профессором Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) и Следователем HHMI Лимором Джошуа-Тор и президентом CSHL и профессором Брюсом Стиллменом издала картины в атомном разрешении многослойного комплекса белка, который выполняет самый первый шаг в танце повторения генома. Изображения человеческой версии этого комплекса, названного ORC – для комплекса признания происхождения – показывают его в его активном способе.Комплексы ORC самособираются в ядре клетки и связывают в определенных названных пятнах, создают сайты или происхождение вдоль двойной спирали в хромосомах.
В клетках человека ORC собирается на буквально тысячах мест происхождения через весь геном, чтобы сформировать начальную конфигурацию, названную комплексом перед повторением или ПРЕДДИСТАНЦИОННЫМ УПРАВЛЕНИЕМ. После того, как собранный, эти pre-RCs похожи на высоко подготовленных Олимпийских пловцов, стоящих на стартовом блоке, ждущем сигнала начать гонку.Как быстрые пловцы, каждому комплексу нужно топливо, чтобы принять на работу его «двигатель», который открывает два берега двойной спирали.
В случае ORC это – ATP или аденозиновый трифосфат. В активной фазе ORC исследователи показали, что сборочный узел, содержащий подъединицы ORC 1,2,3,4 и 5, затрагивает многократные молекулы ATP и формирует частичный кольцевой комплекс. ATP также используется, чтобы принять на работу другой компонент белка под названием CDC6, преобразовывая открытое кольцо в закрытое кольцо.
К этому времени многослойное собрание затронуло и связало с двойной спиралью, которая проходит через центр кольца как болт через центр ореха. Кольцо разработано, чтобы соответствовать ДНК уютно.ORC был обнаружен в 1991 в лаборатории Стиллмена. «Брюс сделал свое начальное открытие ORC в дрожжах», отмечает Joshua-скалистая-вершина, «и мы много лет знали, что есть большие структурные общие черты в комплексе ORC через весьма различные организмы от дрожжей до мух млекопитающим.
Наши новые картины помогают счету, что, казалось, было различиями в форме между ORC у дрозофил и в людях».Используя инструменты структурной биологии – кристаллографию рентгена и криоэлектронную микроскопию (КРИОИХ) – команда показала, что различия походят на различия между человеком, изображенным, останавливаясь и одним изображенным управлением. Лучшая муха структура ORC была захвачена в бездействующей фазе, в то время как недавно изданная структура захватывает комплекс в клетках человека в конфигурации, это принимает, выполняя ее функцию – связывающий с ДНК.
Ранние картины ORC были с низкой разрешающей способностью и «бесформенными», говорит Joshua-скалистая-вершина. Новые изображения ясно дают понять, как ATP связывает в положениях в одной большой части собрания ORC, состоя из подъединиц белка под названием ORC1, ORC4 и ORC5.
Это – «моторный модуль ORC» и не могло быть стабилизировано для отображения без ATP «на борту». Другое крупнейшее собрание состоит из ORC2 и ORC3. ORC достигает своей кольцевой конфигурации, когда белок CDC6 принят на работу, скользя промежуточный ORC1 и подъединицы ORC2.Изображения с высоким разрешением активного человеческого ORC, изданного командой, помогают решить три главных тайны. «Они помогают нам понять, как ДНК могла бы связать с ORC; как топливо ATP используется; и как мутации в белках в комплексе ORC дают начало человеческой болезни», говорит Joshua-скалистая-вершина.
Одно интересное расстройство, которое, как известно, было вызвано ORC-сложными мутациями, называют Синдромом Мейера-Горлина, который влечет за собой тяжелую карликовость (короткая высота) и микроцефалия (маленький мозг). Команда произвела ORC, который имеет различный из его составляющих белков, содержащих мутации, найденные в пациентах Мейера-Горлина. «Мы нашли, что одна из этих мутаций убивает деятельность ATP полностью», сообщает Joshua-скалистая-вершина, таким образом ослабляя ORC в его роли повторения генома. У детей с этой мутацией есть одна хорошая копия и одна дефектная копия, по существу приводя к половине необходимых ORC, приводя к их маленькому телу и мозговому размеру. Другая мутация отдала ORC, 1,4,5 моторных сверхактивные модуля, но, когда добавлено к ORC 2,3 сделали полный комплекс менее активным, чем нормальный.
Эти структурные детали помогают объяснить, почему Синдром Мейера-Горлина появляется. Надлежащее функционирование ORC важно в предотвращении многих других болезней, включая рак.Возможно, самое широкое понимание, предоставленное новыми человеческими картинами ORC, эволюционно.
Хотя ORC в примитивных дрожжах и сложных людях работает по-другому – белок дрожжей стабилен во время клеточного деления, в то время как в людях это динамично собрано и демонтировано – они «удивительно подобны» в важных отношениях, отмечают исследователи.«Оба очень подобны другой управляемой ATP машине, которая также загружает кольцевой белок на ДНК, погрузчики зажима полимеразы ДНК, показывая, что эти молекулярные машины, которые загружают кольцевые белки на ДНК, повторно ставились целью для многократных стадий повторения ДНК», пишет команда.
Они оба действуют как молекулярные выключатели, которые гидролизируют энергию ATP захватить кольца белка на двойной цепочке ДНК.