У растений, животных и людей сложные молекулярные сети регулируют ключевые биологические функции, такие как развитие и реакции на стресс. Систему можно сравнить с огромным распределительным щитом — при неправильном нажатии переключателей гены могут включаться или выключаться ненадлежащим образом, что приводит к возникновению болезней.Теперь ученые VARI выяснили, как важный растительный белок, известный как TOPLESS, взаимодействует с другими молекулами, ответственными за выключение генов. Результаты, полученные на растениях, обеспечивают общую модель для разных видов этого типа подавления генов, связанного с несколькими жизненно важными биологическими функциями человека.
Открытие было опубликовано сегодня в журнале Science Advances.«Это действительно фундаментальное открытие — наша структура показывает, что корепрессор TOPLESS взаимодействует с ключевыми репрессорными мотивами, что составляет основной компонент сайленсинга генов в растениях», — сказал Карстен Мелчер из Исследовательского института Ван Андела, доктор философии, один из исследователей. авторов-корреспондентов. «Понимание этого взаимодействия в растениях дает нам уникальное представление о сходных путях у людей, в которых задействованы эти белки, которые, как известно, сложно исследовать».Используя метод, называемый рентгеновской кристаллографией, команда определила трехмерную структуру TOPLESS как самостоятельно, так и когда она связана с другими молекулами, ответственными за выключение генов, тем самым регулируя экспрессию генов.
Хотя эти взаимодействующие молекулы были выбраны из разных сигнальных путей у растений, все они связаны с TOPLESS одинаковым образом.«Эта структура позволит нам использовать более целенаправленный подход к исследованию аналогов TOPLESS на людях и значительно расширит нашу базу знаний», — сказал Х. Эрик Сю из VARI, доктор философии, который также является автором-корреспондентом. «Мы очень рады продолжить эту работу, чтобы лучше понять эти белки и то, как они взаимодействуют с другими молекулами в состоянии здоровья и болезни».
Новая статья — третья из трех публикаций, раскрывающих ключевые компоненты фундаментальных молекулярных процессов. Хотя новое исследование обеспечивает более глубокое понимание молекулярных путей человека, в работе также напрямую описывается, как компоненты молекулярного коммутатора в растениях взаимодействуют, регулируя реакции на множество стрессоров, включая колебания температуры. Новые результаты следуют за более ранней статьей Nature, которая была включена в десятку лучших научных открытий 2009 года по версии журнала Science, и более ранней статьей Science, в обеих из которых описывается, как растения реагируют на засуху и температурный стресс. Взятые вместе, документы имеют значение не только для развития более выносливых растений, но и для определения молекулярных структур компонентов целых путей.
Среди авторов — Цзиюань Кэ, Хунлей Ма и Синь Гу из VARI и Шанхайского института Материа Медика (VARI); Цзяян Ли из Китайской академии наук; Джозеф С. Брюнзель из Северо-Западного университета; и Адам Телен, ныне работающий в Университете штата Мичиган.Дополнительная справочная информация о TOPLESS и генной регуляции:
Экспрессия генов регулируется как активаторами, так и репрессорами. Хотя считается, что репрессия генов столь же важна, как активация генов для этой регуляции, относительно мало известно о механизмах репрессоров генов и корепрессоров.TOPLESS действует как ко-репрессор и взаимодействует с репрессорами, содержащими мотивы амфифильной репрессии (EAR), связанные с фактором связывания этилен-чувствительного элемента. Мотивы EAR являются наиболее распространенной формой мотивов репрессии транскрипции, обнаруживаемой в растениях, и, как полагают, способствуют стабильной эпигенетической регуляции экспрессии генов посредством привлечения модификаторов хроматина.
TOPLESS играет важную роль в развитии растений; его название происходит от того факта, что мутации в TOPLESS могут дать ростки, у которых побег трансформируется во второй корень, следовательно, сеянцы «топлесс».У людей подобные белки также изменяются во многих типах опухолей и контролируют эмбриональное развитие и развитие нейронов.