Nature揭示维生素新功能

【字体: 时间:2015年09月30日 来源:生物通

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  麻省理工学院的科学家们与西班牙的同事们一起,发现了一种感光蛋白并绘制出了它的图谱。这一蛋白质利用了维生素B12来执行重要功能,包括基因调控。

  

生物通报道  麻省理工学院的科学家们与西班牙的同事们一起,发现了一种感光蛋白并绘制出了它的图谱。这一蛋白质利用了维生素B12来执行重要功能,包括基因调控。

这一通过调查来自嗜热栖热菌的蛋白质获得的研究结果,涉及了至少两个广泛感兴趣的研究发现。首先,它扩展了我们对于维生素B12生物学功能的认识(延伸阅读:维生素的奥秘:Nature追踪遗传缺陷 )。人们已经知道维生素B12可帮助将脂肪转化为能量,且参与了脑形成。而现在研究人员发现它是光传感器蛋白质的一个重要组成部分,光感受器蛋白使得生物体能够感知光并做出响应。

第二,研究人员描述了一种基因调控新模式,感光蛋白在这一模式中发挥关键作用。科学家们观察到细菌改变了利用维生素B12的现有蛋白质结构的作用,使得它们以新的方式运作。

麻省理工学院化学与生物学教授Catherine Drennan说:“自然不仅借用了维生素,而且是整个酶单位,并改造了它……使得它成为了一个光传感器。”

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研究者们在本周的《自然》(Nature)杂志上详细说明了这些研究结果。研究论文描述了处于三种不同状态:黑暗中,与DNA结合,及暴露于光线下之后的光传感器。

Drennan说:“我们能够得到所有一系列的结构,了解它在各个阶段的运作机制,这真是太棒了。”

研究人员结合了X-射线晶体学技术和体外分析来研究这一细菌。通过研究处于三种状态时光传感蛋白质的结构,科学家们更深入了解了这些结构及它们的功能。

像许多其他的生物体一样,微生物通过了解它们是处于光线下或是黑暗中来使自身受益。光传感器在黑暗中结合DNA,阻止嗜热栖热菌某些基因的活性。当光照射微生物时,光感受器结构会分崩瓦解,细菌开始生成类胡萝卜素——保护细菌避免阳光的负面影响,如DNA损伤。

研究还阐明了光传感器结合DNA的精确方式是一种新方式。这些结构包含四聚体,蛋白质的4个亚基中有三个结合了遗传物质——Drennan说这让她感到吃惊。

“这是科学最有意思的部分。你看到了新东西,然而你觉得它并不是新的,但通过做实验你证实了它确实是。”

Drennan说,从长远来看,研究结果具有实际的应用,例如设计光引导操控DNA转录,或开发蛋白质之间受控的互作。

(生物通:何嫱)

生物通推荐原文摘要:

Structural basis for gene regulation by a B12-dependent photoreceptor

Photoreceptor proteins enable organisms to sense and respond to light. The newly discovered CarH-type photoreceptors use a vitamin B12 derivative, adenosylcobalamin, as the light-sensing chromophore to mediate light-dependent gene regulation. Here we present crystal structures of Thermus thermophilus CarH in all three relevant states: in the dark, both free and bound to operator DNA, and after light exposure. These structures provide visualizations of how adenosylcobalamin mediates CarH tetramer formation in the dark, how this tetramer binds to the promoter −35 element to repress transcription, and how light exposure leads to a large-scale conformational change that activates transcription. In addition to the remarkable functional repurposing of adenosylcobalamin from an enzyme cofactor to a light sensor, we find that nature also repurposed two independent protein modules in assembling CarH. These results expand the biological role of vitamin B12 and provide fundamental insight into a new mode of light-dependent gene regulation.

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