Cryo-EM odhaluje jemné strukturální detaily přestavby lidského chromatinu v akci

Remodelace chromatinu hraje zásadní roli v regulaci genů, což ovlivňuje, jak je přístup k DNA. Narušení tohoto procesu může také vést k rakovině a jiným onemocněním. Abychom lépe porozuměli tomu, jak funguje remodelace chromatinu, vědci ve výzkumné nemocnici St. Jude Children’s Research Hospital použili kryo-elektronovou mikroskopii (Cryo-EM) k získání jemných strukturálních detailů o přestavci lidského chromatinu v akci. Vědci zachytili 13 struktur, které společně nabízejí komplexní pohled na to, jak funguje remodelační enzym SNF2H a nabízí poznatky, které jsou pravděpodobně sdíleny napříč jinými takovými enzymy. Práce byla dnes zveřejněna v Výzkum buněk.

Chromatin zahrnuje části DNA omotané kolem proteinů zvaných histony za vzniku nukleosomů kolektivně. Jeden chromatinový remodelační mechanismus nazývaný „nukleozomový posuv“ umožňuje, aby se nukleosom „přesunul“, aby kontroloval přístup genů, ale jak to funguje, bylo neúplně pochopeno. K řešení této mezery Mario Halic, PhD, St. Jude Department of Structurální biologie, použil kryo-EM k zachycení enzymu chromatinu v akci v akci.

Předchozí práce obvykle zachytily snímky přestavby „Frozen“ v nějakém stavu. Zde jsme byli schopni vizualizovat kontinuální pohyb enzymu remodelace chromatinu při přesunu DNA na nukleosom. “

Mario Halic, PhD, St. Jude Department of Structurální biologie

Škádlení jemnějších detailů přestavby

SNF2H je klíčový enzym při remodelaci nukleosomů, jehož narušení bylo spojeno s vývojovými poruchami. Stejně jako jiné remodelery chromatinu, SNF2H používá energii z hydrolýzy ATP ke skluzu nukleosomů. Rozsáhlé studie přispěly k pochopení procesu poskytováním snímků SNF2H zachycených v různých státech. Naproti tomu Halic a jeho tým se podívali na SNF2H interagující s nukleosomy v přítomnosti ATP, čímž zachytili enzym v akci.

Metodická analýza dat vedla vědce k získání 13 odlišných struktur komplexu SNF2H-nukleosomu v různých mezilehlých bodech podél posuvného procesu nukleosomu. Jejich uspořádání do pěti skupin umožnilo vědcům sledovat kroky enzymu a odhalit úplný dynamický obraz nukleosomu klouzání.

Vědci měřili funkční význam různých interakcí ve struktuře zavedením specifických mutací a zesítění – umělá omezení, která zamknou protein ve tvaru, aby testovaly význam konkrétních pohybů na funkci proteinu. Tato práce jim umožnila škádlit dříve konfliktní pozorování a sestavit komplexní popis toho, jak nukleosomové posuvné práce a její dopad na regulaci genů.

„Nukleosomy nesou všechny genetické informace uvnitř jádra eukaryotické buňky. Remodelery chromatinu pomáhají buněčnému přístupu a šíří tuto informaci,“ uvedl spolu-první autor Deepshikha Malik, PhD. „Disekci mechaniky účinku přestavby na nukleosomy je důležité pochopit, jak je náš genom vyjádřen.“

Autoři a financování

Dalším spolupravořem studie je Ashish Deshmukh, St. Jude. Dalším autorem studie je Silvija Bilokapic, St. Jude.

Studie byla podporována granty od Národních institutů zdravotnictví (1R01GM135599 a 1R01GM141694) a American Libanonsko syrské asociated Charity (ALSAC), Fundraisingové a povědomí o St. Jude.