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可视化的复杂细胞机器产生有关癌症的新见解

2019-11-11 39健康相关癌症

控制染色体结构的细胞机器(例如RSC复合体,RSC complex)在所有人类癌症中约五分之一发生了突变。可见其与健康和癌症的密切关联。现在,科学家们首次开发出了这种多蛋白机器的高分辨率视图,阐明了RSC复合物的工作原理以及它在健康和癌细胞中的作用。 这项研究是由Huntsman Cancer Institute(HCI)的癌症研究员,犹他大学的教授兼肿瘤学教授Bradley Cairns博士,北京大学的高宁博士和Chenzhucheng博士共同主导。 该研究发表于《科学》杂志。

可视化的复杂细胞机器产生有关癌症的新见解

概述

基因表达的过程是所有生物活体中每个细胞的行为基础。基因表达为细胞提供了协调其行为的蓝图,包括生长,死亡以及对细胞环境变化的响应。基因表达对于健康细胞和癌细胞均是必不可少的。但是,癌细胞表达的基因携带的指令包含突变,常常导致生长失控。 RSC和相关复合物是染色体结构和基因表达的关键调节剂。一旦RSC复合物与基因组结合,将执行类似机器的活动,暴露染色体中的DNA片段,启动基因表达。

可视化的复杂细胞机器产生有关癌症的新见解

高分辨率的RSC复合体可视化图谱

大约20年前,凯恩斯(Cairns)发现了RSC复合物,后来通过鉴定其许多蛋白成分并揭示了其类似机器的行为。现在,凯恩斯和他的同事们已经确定了这种复合体与细胞机制的关联。他认为,这些发现将对某些癌症的发展产生非常重要的新见解。凯恩斯说:“ RSC复合物在健康细胞和癌细胞中都起着重要作用。” “现在,我们可以准确地可视化RSC复合体的高分辨率图,包括其所有成分。我们可以看到该复合体如何与染色体和DNA相互作用以及如何移动。这提供了至关重要的信息,有助于我们了解RSC-复合物参与癌症发生过程。”

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冷冻电子显微助力高分辨率图谱

此前的RSC复合体模型分辨率较低,许多问题仍未得到解答,包括该复合体的亚基如何组装并与染色体基因组相互作用。凯恩斯和他的同事,包括实验室成员Cedric Clapier,PhD和Naveen Verma,利用酵母细胞(一种研究染色体和基因表达的经典模型系统)系统。使用新的先进的显微技术,使之可以高度可视化染色体结构。凯恩斯和他的同事们通过开发包含正常和突变形式的RSC复合物的众多细胞系,能够深入研究RSC复合物。接下来,他们的团队使用冷冻电子显微镜研究了酵母RSC,这项技术是最近才出现的新技术。该工具使科学家可以在高分辨率分子水平上查看大型复杂细胞组件的结构。

科学家现在正在使用这些信息来进一步了解RSC复合物及其在癌症中的作用。凯恩斯说:“这项研究对我们了解健康细胞和癌细胞中染色体基因如何被暴露和表达的能力具有至关重要的意义。” “这类信息是科学家用来开发新药物和了解肿瘤基因组特征的过程中的关键步骤。”

引用

Huntsman Cancer Institute. Complex cellular machine visualized to yield new insights in cancer, study finds. ScienceDaily, October 31, 2019.
https://www.sciencedaily.com/releases/2019/10/191031154954.htm

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