2012年11月29日讯 /生物谷BIOON/ -- 对蛋白复合物调节染色体技巧的新见解有望促进抗癌药物的筛选方法。由生物工程教授Sua Myong博士率领的研究小组,在Structure期刊上发表了他们的最新研究成果。
Myong团队专注于了解能保护及调节端粒的蛋白质。端粒是染色体末端的重复DNA单元片段,能保护染色体中重要编码基因部分的损失或损伤,就像鞋带两头的小金属箍,避免末端散开或磨损。
端粒在细胞的衰老及死亡中发挥着重要作用,细胞没分裂一次,就从端粒末端丢失一小段。因此,细胞生物学家推断,端粒长度可以决定一个细胞的寿命。然而,肿瘤细胞有一种办法可以绕过这一限制:一种被称为端粒酶的蛋白质,在癌细胞中高度活跃,端粒酶可以增长端粒的长度。这使得癌细胞分裂肆无忌惮地分裂,在组织和系统中横行。
癌症研究人员希望能找出问题所在,来控制这种无限制的端粒延长。很多抗癌药物都是直接靶向这些端粒,使它们能够抑制端粒酶的活性。而Myong团队研究的是调节端粒酶活性的蛋白质。
利用在伊利诺伊州开发的一种技术,现在研究人员能够实时观察单个分子的相互作用。Myong团队确定了2种蛋白POT-1和TTP-1是如何与端粒结合。POT-1保护脆弱的端粒末端被其他的调控蛋白攻击。当POT-1和TTP-1一一种复合物工作时,它们能够促进端粒酶的活性,这是一个很有趣的事件。
该小组发现,单独的POT-1能在不同的步骤中在端粒DNA序列的特定位点结合折叠的端粒,以逐步的方式展开端粒。然而,让研究人员感到惊讶的是,POT-1/TTP-1复合物结合至端粒,然后沿着端粒末端来回自由地滑动。
“我们看到的是,POT-1/TTP-1复合物是一个移动的蛋白复合体,以一种充满活力的滑动模式,”Myong说道。“似乎POT-1的静态结合作用完全丧失了,该蛋白复合物只是不停地来回滑动。我们能够在许多不同端粒DNA尾长中重复这些数据。我们现在了解到的是,POT-1与端粒之间的接触在其他伴侣蛋白接近并结合时发生了某种方式的改变。”
接下来,研究人员将添加端粒酶,来观察POT-1/TTP-1复合物的滑动活动如何影响端粒酶的活性。Myong假设,复合物的滑动可能促进端粒酶的活性,通过使端粒末端可被端粒酶接触,从而将端粒延长。“我们很高兴地发现,这种滑动模式能够增强端粒酶的延伸活性。似乎是通过某种方式咬合酶,使它可以保持结合DNA更久。这一过程必然涉及一种直接的相互作用。”
最终,理解POT-1/TTP-1复合物将为药物开发商提供一个新的靶点,开发抗癌药物。同时,Myong团队用于监测蛋白复合物的方法,有望用于端粒酶靶向性药物的评价。
该研究由美国癌症协会及人类前沿科学研究项目资助。(生物谷bioon.com)
编译自:Proteins That Work at the Ends of DNA Could Provide Cancer Insight
doi:10.1016/j.str.2012.08.018
PMC:
PMID:
POT1-TPP1 Regulates Telomeric Overhang Structural Dynamics
Helen Hwang, Noah Buncher, Patricia L, et al
Highlights:(1)POT1 binds the telomere overhang sequentially one OB fold at a time; (2)POT1 binding exhibits 3′ to 5′ directionality; (3)POT1-TPP1N induces dynamic folding and unfolding of telomeric overhang; (4)POT1-TPP1N slides back and forth on the telomeric overhang Summary:Human telomeres possess a single-stranded DNA (ssDNA) overhang of TTAGGG repeats, which can self-fold into a G-quadruplex structure. POT1 binds specifically to the telomeric overhang and partners with TPP1 to regulate telomere lengthening and capping, although the mechanism remains elusive. Here, we show that POT1 binds stably to folded telomeric G-quadruplex DNA in a sequential manner, one oligonucleotide/oligosaccharide binding fold at a time. POT1 binds from 3′ to 5′, thereby unfolding the G-quadruplex in a stepwise manner. In contrast, the POT1-TPP1 complex induces a continuous folding and unfolding of the G-quadruplex. We demonstrate that POT1-TPP1 slides back and forth on telomeric DNA and also on a mutant telomeric DNA to which POT1 cannot bind alone. The sliding motion is specific to POT1-TPP1, as POT1 and ssDNA binding protein gp32 cannot recapitulate this activity. Our results reveal fundamental molecular steps and dynamics involved in telomere structure regulation.