Estudio revela cómo funciona un regulador maestro de la transcripción de genes
La visualización de la dinámica de expresión de genes reveló cómo Mediator dirige la entrega de la máquina de copia de genes celulares (ARN polimerasa II) en particular a un subconjunto de genes de identidad celular. Crédito: Martin Jger / CeMM
Usando tecnología de degradación de proteínas dirigida, los investigadores del CeMM, el Centro de Investigación de Medicina Molecular de la Academia de Ciencias de Austria, se propusieron comprender el papel principal de un regulador clave de la transcripción, el complejo mediador humano. . Se creía que Mediator, una máquina molecular de 30 subunidades, era un factor que generalmente se requiere para la transcripción de todos los genes que codifican proteínas en las células humanas. Sin embargo, el estudio reciente realizado por el grupo de Georg Winter en CeMM descubrió que Mediator protege particularmente la transcripción de un pequeño conjunto de genes que especifican el tipo de célula. En colaboración con el laboratorio de Patrick Cramer en el Instituto Max Planck de Química Biofísica en Göttingen, los científicos revelaron detalles mecánicos de cómo Mediator permite que las células ejerzan de manera sólida sus funciones dedicadas. El estudio, «Dependencia del mediador selectivo de la transcripción que especifica el tipo de célula», se publicó en Nature Genetics el 1 de junio de 2020.
El laboratorio de Georg Winter en CeMM utiliza herramientas químicas para comprender la base molecular del control genético y sus aberraciones en cáncer. Para ello, el equipo combina sistemas de ablación de proteínas de acción particularmente rápida («degradation Tag»/ «dTAG», desarrollado conjuntamente por Georg Winter en el laboratorio de Jay Bradner en el Dana Farber Cancer Institute, en Boston) con mediciones precisas e imparciales de actividad génica a alta resolución cinética. Junto con el laboratorio de Patrick Cramer y otros, el equipo internacional de científicos reveló ahora cómo la máquina molecular Mediator dirige mecánicamente la activación de genes, que durante mucho tiempo permaneció poco conocida debido a los desafíos en la manipulación experimental.
Mediator se identificó más de 30 hace años como un puente molecular que permite que las proteínas de unión al ADN llamadas factores de transcripción se comuniquen con la máquina celular de copia de genes, la ARN polimerasa II (Pol II), para activar los genes diana. Comprender el papel directo de Mediator en este proceso requiere tecnologías que bloqueen rápidamente la función de Mediator y midan los cambios en la actividad de Pol II en los minutos siguientes. Usando la degradación de proteínas dirigida, los científicos del laboratorio de Winter ahora lograron eliminar rápidamente partes individuales del complejo Mediator para determinar si la copia de todos los genes humanos depende en la misma medida de la integridad de Mediator. En contraste con el paradigma existente, el estudio escrito por primera vez por CeMM Ph.D. el estudiante Martin Jaeger sugiere que Mediator generalmente no se requiere para la transcripción de todos los genes. Más bien, los datos implican que Mediator protege selectivamente la expresión de un pequeño conjunto de genes, que forman circuitos reguladores densamente conectados para instruir funciones específicas del tipo celular.
Al visualizar las enzimas Pol II en las células, los científicos observó que Mediator nuclea grandes grupos de componentes de la maquinaria de transcripción que se cree que se forman alrededor de las regiones reguladoras del ADN llamadas superpotenciadores. Estos súper potenciadores dirigen la expresión de genes específicos del tipo de célula al tocar físicamente sus genes objetivo, que a menudo se encuentran a millones de bases de ADN de distancia. Cuando se degradó Mediator, los grandes grupos de Pol II desaparecieron rápidamente, pero los súper potenciadores aún parecían tocar sus genes objetivo, lo que indica que Mediator no era necesario para mantener estos contactos de ADN.
Junto con expertos de Cramer Sin embargo, en el laboratorio de Goettingen, el equipo observó cambios drásticos en la dinámica de la rotación de Pol II en genes impulsados por superpotenciadores después de la pérdida de Mediator. Los datos sugirieron que los grupos de mediadores impulsaron el reclutamiento altamente eficiente de enzimas Pol II para estos genes específicos de tipo celular, lo que permitió su copia con una eficiencia notable. Al mismo tiempo, la mayoría de los otros genes parecían verse sorprendentemente levemente afectados por la pérdida aguda de Mediator, lo que hizo sospechar a los científicos que experimentan algún tipo inesperado de impulso compensatorio.
El equipo buscó este mecanismo compensatorio. , y encontró que la pausa del promotor proximal de Pol II se redujo globalmente en respuesta a la pérdida de Mediator. La pausa es un fenómeno por el cual las enzimas Pol II se detienen durante varios minutos justo después de que comienzan a copiar un gen. La Pol II en espera constituye un obstáculo que impide el paso de otras enzimas Pol II detrás de ella, lo que limita el número de copias de ARN producidas en un período de tiempo determinado. Después de la degradación de Mediator, los científicos observaron que el factor principal responsable de la señalización de la liberación de la pausa, llamado quinasa 9 dependiente de ciclina (CDK9), se unía de manera más eficiente al ADN en las células y marcaba más activamente sus objetivos proteicos con un grupo fosfato. El bloqueo químico de la actividad de CDK9 hizo que los defectos transcripcionales de la ablación del mediador fueran menos selectivos para los genes diana superpotenciadores, lo que destaca que la activación descubierta de CDK9 da forma a cómo reaccionan las células ante la pérdida aguda del mediador. Este hallazgo inesperado sugirió que la pausa puede haber evolucionado como una capacidad amortiguadora para reaccionar rápidamente y compensar parcialmente los defectos agudos en el reclutamiento de Pol II.
El estudio abre nuevas vías para comprender la composición de Pol II nucleada con mediador. grupos y cómo CDK9 se activa de manera tan eficiente en respuesta a las tensiones transcripcionales. Además, Georg Winter imagina posibilidades futuras para tal vez abordar enfermedades en las que la función de Mediator salió mal: «De manera muy preliminar, nuestro trabajo también podría haber revelado cierto potencial para Mediator como objetivo farmacológico, y los próximos pasos podrían ser desarrollar moléculas degradadoras directas contra este complejo. »
Explorar más
El estudio explora el papel del complejo de proteínas mediadoras en la transcripción y la expresión génica Más información: Martin G. Jaeger et al, Selective Mediator dependment of cell-type-specificing transcription, Nature Genética (2020). DOI: 10.1038/s41588-020-0635-0 Información de la revista: Nature Genetics
Proporcionado por CeMM Research Center for Molecular Medicine of the Austrian Academy of Sciences Cita: El estudio revela cómo funciona un regulador maestro de la transcripción de genes (2 de junio de 2020) consultado el 31 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-06-reveals-master-gene-transcription.html Este documento está sujeto a derechos de autor . Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.