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1.
Cell ; 184(7): 1884-1894.e14, 2021 04 01.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-33743210

RESUMO

G-protein-coupled receptors (GPCRs) represent a ubiquitous membrane protein family and are important drug targets. Their diverse signaling pathways are driven by complex pharmacology arising from a conformational ensemble rarely captured by structural methods. Here, fluorine nuclear magnetic resonance spectroscopy (19F NMR) is used to delineate key functional states of the adenosine A2A receptor (A2AR) complexed with heterotrimeric G protein (Gαsß1γ2) in a phospholipid membrane milieu. Analysis of A2AR spectra as a function of ligand, G protein, and nucleotide identifies an ensemble represented by inactive states, a G-protein-bound activation intermediate, and distinct nucleotide-free states associated with either partial- or full-agonist-driven activation. The Gßγ subunit is found to be critical in facilitating ligand-dependent allosteric transmission, as shown by 19F NMR, biochemical, and computational studies. The results provide a mechanistic basis for understanding basal signaling, efficacy, precoupling, and allostery in GPCRs.


Assuntos
Proteínas Heterotriméricas de Ligação ao GTP/química , Receptor A2A de Adenosina/química , Regulação Alostérica , Sítios de Ligação , Proteínas Heterotriméricas de Ligação ao GTP/genética , Proteínas Heterotriméricas de Ligação ao GTP/metabolismo , Humanos , Cinética , Ligantes , Bicamadas Lipídicas/química , Bicamadas Lipídicas/metabolismo , Espectroscopia de Ressonância Magnética , Simulação de Dinâmica Molecular , Nanoestruturas/química , Ligação Proteica , Conformação Proteica , Subunidades Proteicas/química , Subunidades Proteicas/genética , Subunidades Proteicas/metabolismo , Receptor A2A de Adenosina/genética , Receptor A2A de Adenosina/metabolismo , Proteínas Recombinantes/biossíntese , Proteínas Recombinantes/química , Proteínas Recombinantes/isolamento & purificação , Transdução de Sinais
2.
Annu Rev Biochem ; 89: 45-75, 2020 06 20.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-32569524

RESUMO

Ribonucleotide reductases (RNRs) catalyze the de novo conversion of nucleotides to deoxynucleotides in all organisms, controlling their relative ratios and abundance. In doing so, they play an important role in fidelity of DNA replication and repair. RNRs' central role in nucleic acid metabolism has resulted in five therapeutics that inhibit human RNRs. In this review, we discuss the structural, dynamic, and mechanistic aspects of RNR activity and regulation, primarily for the human and Escherichia coli class Ia enzymes. The unusual radical-based organic chemistry of nucleotide reduction, the inorganic chemistry of the essential metallo-cofactor biosynthesis/maintenance, the transport of a radical over a long distance, and the dynamics of subunit interactions all present distinct entry points toward RNR inhibition that are relevant for drug discovery. We describe the current mechanistic understanding of small molecules that target different elements of RNR function, including downstream pathways that lead to cell cytotoxicity. We conclude by summarizing novel and emergent RNR targeting motifs for cancer and antibiotic therapeutics.


Assuntos
Antibacterianos/química , Antineoplásicos/química , Infecções por Escherichia coli/tratamento farmacológico , Neoplasias/tratamento farmacológico , Nucleotídeos/metabolismo , Ribonucleotídeo Redutases/química , Antibacterianos/uso terapêutico , Antineoplásicos/uso terapêutico , Biocatálise , Descoberta de Drogas/métodos , Inibidores Enzimáticos/química , Inibidores Enzimáticos/uso terapêutico , Escherichia coli/efeitos dos fármacos , Escherichia coli/enzimologia , Escherichia coli/genética , Infecções por Escherichia coli/enzimologia , Infecções por Escherichia coli/genética , Infecções por Escherichia coli/microbiologia , Humanos , Simulação de Acoplamento Molecular , Neoplasias/enzimologia , Neoplasias/genética , Neoplasias/patologia , Nucleotídeos/química , Oxirredução , Estrutura Secundária de Proteína , Subunidades Proteicas/antagonistas & inibidores , Subunidades Proteicas/química , Subunidades Proteicas/genética , Subunidades Proteicas/metabolismo , Ribonucleotídeo Redutases/antagonistas & inibidores , Ribonucleotídeo Redutases/genética , Ribonucleotídeo Redutases/metabolismo , Bibliotecas de Moléculas Pequenas/química , Bibliotecas de Moléculas Pequenas/uso terapêutico , Relação Estrutura-Atividade
3.
Cell ; 182(2): 357-371.e13, 2020 07 23.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-32610085

RESUMO

Excitatory neurotransmission meditated by glutamate receptors including N-methyl-D-aspartate receptors (NMDARs) is pivotal to brain development and function. NMDARs are heterotetramers composed of GluN1 and GluN2 subunits, which bind glycine and glutamate, respectively, to activate their ion channels. Despite importance in brain physiology, the precise mechanisms by which activation and inhibition occur via subunit-specific binding of agonists and antagonists remain largely unknown. Here, we show the detailed patterns of conformational changes and inter-subunit and -domain reorientation leading to agonist-gating and subunit-dependent competitive inhibition by providing multiple structures in distinct ligand states at 4 Å or better. The structures reveal that activation and competitive inhibition by both GluN1 and GluN2 antagonists occur by controlling the tension of the linker between the ligand-binding domain and the transmembrane ion channel of the GluN2 subunit. Our results provide detailed mechanistic insights into NMDAR pharmacology, activation, and inhibition, which are fundamental to the brain physiology.


Assuntos
Receptores de N-Metil-D-Aspartato/metabolismo , Sítios de Ligação , Ligação Competitiva , Microscopia Crioeletrônica , Cristalografia por Raios X , Dimerização , Ácido Glutâmico/química , Ácido Glutâmico/metabolismo , Glicina/química , Glicina/metabolismo , Humanos , Ligantes , Simulação de Dinâmica Molecular , Estrutura Quaternária de Proteína , Subunidades Proteicas/agonistas , Subunidades Proteicas/antagonistas & inibidores , Subunidades Proteicas/genética , Subunidades Proteicas/metabolismo , Receptores de N-Metil-D-Aspartato/agonistas , Receptores de N-Metil-D-Aspartato/antagonistas & inibidores , Receptores de N-Metil-D-Aspartato/genética , Proteínas Recombinantes/biossíntese , Proteínas Recombinantes/química , Proteínas Recombinantes/isolamento & purificação
4.
Cell ; 177(3): 751-765.e15, 2019 04 18.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-30955883

RESUMO

Maintaining proteostasis in eukaryotic protein folding involves cooperation of distinct chaperone systems. To understand how the essential ring-shaped chaperonin TRiC/CCT cooperates with the chaperone prefoldin/GIMc (PFD), we integrate cryoelectron microscopy (cryo-EM), crosslinking-mass-spectrometry and biochemical and cellular approaches to elucidate the structural and functional interplay between TRiC/CCT and PFD. We find these hetero-oligomeric chaperones associate in a defined architecture, through a conserved interface of electrostatic contacts that serves as a pivot point for a TRiC-PFD conformational cycle. PFD alternates between an open "latched" conformation and a closed "engaged" conformation that aligns the PFD-TRiC substrate binding chambers. PFD can act after TRiC bound its substrates to enhance the rate and yield of the folding reaction, suppressing non-productive reaction cycles. Disrupting the TRiC-PFD interaction in vivo is strongly deleterious, leading to accumulation of amyloid aggregates. The supra-chaperone assembly formed by PFD and TRiC is essential to prevent toxic conformations and ensure effective cellular proteostasis.


Assuntos
Chaperonina com TCP-1/metabolismo , Chaperonas Moleculares/metabolismo , Proteostase/fisiologia , Actinas/química , Actinas/metabolismo , Chaperonina com TCP-1/química , Chaperonina com TCP-1/genética , Microscopia Crioeletrônica , Humanos , Modelos Moleculares , Chaperonas Moleculares/química , Chaperonas Moleculares/genética , Dobramento de Proteína , Estrutura Quaternária de Proteína , Subunidades Proteicas/química , Subunidades Proteicas/genética , Subunidades Proteicas/metabolismo , Proteínas Recombinantes/biossíntese , Proteínas Recombinantes/química , Proteínas Recombinantes/isolamento & purificação , Saccharomyces cerevisiae/metabolismo , Eletricidade Estática
5.
Cell ; 177(3): 737-750.e15, 2019 04 18.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-31002798

RESUMO

The proteasome mediates selective protein degradation and is dynamically regulated in response to proteotoxic challenges. SKN-1A/Nrf1, an endoplasmic reticulum (ER)-associated transcription factor that undergoes N-linked glycosylation, serves as a sensor of proteasome dysfunction and triggers compensatory upregulation of proteasome subunit genes. Here, we show that the PNG-1/NGLY1 peptide:N-glycanase edits the sequence of SKN-1A protein by converting particular N-glycosylated asparagine residues to aspartic acid. Genetically introducing aspartates at these N-glycosylation sites bypasses the requirement for PNG-1/NGLY1, showing that protein sequence editing rather than deglycosylation is key to SKN-1A function. This pathway is required to maintain sufficient proteasome expression and activity, and SKN-1A hyperactivation confers resistance to the proteotoxicity of human amyloid beta peptide. Deglycosylation-dependent protein sequence editing explains how ER-associated and cytosolic isoforms of SKN-1 perform distinct cytoprotective functions corresponding to those of mammalian Nrf1 and Nrf2. Thus, we uncover an unexpected mechanism by which N-linked glycosylation regulates protein function and proteostasis.


Assuntos
Proteínas de Caenorhabditis elegans/metabolismo , Proteínas de Ligação a DNA/metabolismo , Complexo de Endopeptidases do Proteassoma/metabolismo , Fatores de Transcrição/metabolismo , Sequência de Aminoácidos , Animais , Asparagina/metabolismo , Bortezomib/farmacologia , Sistemas CRISPR-Cas/genética , Caenorhabditis elegans/metabolismo , Proteínas de Caenorhabditis elegans/química , Proteínas de Caenorhabditis elegans/genética , Proteínas de Ligação a DNA/química , Proteínas de Ligação a DNA/genética , Retículo Endoplasmático/metabolismo , Edição de Genes , Regulação da Expressão Gênica/efeitos dos fármacos , Estresse Oxidativo , Complexo de Endopeptidases do Proteassoma/genética , Subunidades Proteicas/química , Subunidades Proteicas/genética , Subunidades Proteicas/metabolismo , Alinhamento de Sequência , Fatores de Transcrição/química , Fatores de Transcrição/genética
6.
Cell ; 175(5): 1272-1288.e20, 2018 11 15.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-30343899

RESUMO

Mammalian SWI/SNF (mSWI/SNF) ATP-dependent chromatin remodeling complexes are multi-subunit molecular machines that play vital roles in regulating genomic architecture and are frequently disrupted in human cancer and developmental disorders. To date, the modular organization and pathways of assembly of these chromatin regulators remain unknown, presenting a major barrier to structural and functional determination. Here, we elucidate the architecture and assembly pathway across three classes of mSWI/SNF complexes-canonical BRG1/BRM-associated factor (BAF), polybromo-associated BAF (PBAF), and newly defined ncBAF complexes-and define the requirement of each subunit for complex formation and stability. Using affinity purification of endogenous complexes from mammalian and Drosophila cells coupled with cross-linking mass spectrometry (CX-MS) and mutagenesis, we uncover three distinct and evolutionarily conserved modules, their organization, and the temporal incorporation of these modules into each complete mSWI/SNF complex class. Finally, we map human disease-associated mutations within subunits and modules, defining specific topological regions that are affected upon subunit perturbation.


Assuntos
Montagem e Desmontagem da Cromatina , Cromatina/metabolismo , Proteínas Cromossômicas não Histona/metabolismo , Fatores de Transcrição/metabolismo , Animais , Cromatina/química , Proteínas Cromossômicas não Histona/análise , Proteínas Cromossômicas não Histona/genética , Drosophila/metabolismo , Técnicas de Inativação de Genes , Células HEK293 , Humanos , Espectrometria de Massas , Mutagênese , Subunidades Proteicas/análise , Subunidades Proteicas/genética , Subunidades Proteicas/metabolismo , Proteínas Recombinantes/biossíntese , Proteínas Recombinantes/química , Proteínas Recombinantes/isolamento & purificação , Fatores de Transcrição/análise , Fatores de Transcrição/genética
7.
Cell ; 174(6): 1436-1449.e20, 2018 09 06.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-30146163

RESUMO

Synaptic vesicle and active zone proteins are required for synaptogenesis. The molecular mechanisms for coordinated synthesis of these proteins are not understood. Using forward genetic screens, we identified the conserved THO nuclear export complex (THOC) as an important regulator of presynapse development in C. elegans dopaminergic neurons. In THOC mutants, synaptic messenger RNAs are retained in the nucleus, resulting in dramatic decrease of synaptic protein expression, near complete loss of synapses, and compromised dopamine function. CRE binding protein (CREB) interacts with THOC to mark synaptic transcripts for efficient nuclear export. Deletion of Thoc5, a THOC subunit, in mouse dopaminergic neurons causes severe defects in synapse maintenance and subsequent neuronal death in the substantia nigra compacta. These cellular defects lead to abrogated dopamine release, ataxia, and animal death. Together, our results argue that nuclear export mechanisms can select specific mRNAs and be a rate-limiting step for neuronal differentiation and survival.


Assuntos
Proteínas de Caenorhabditis elegans/genética , Neurônios Dopaminérgicos/metabolismo , Proteínas Nucleares/genética , Sinapses/metabolismo , Transporte Ativo do Núcleo Celular , Esclerose Lateral Amiotrófica/metabolismo , Esclerose Lateral Amiotrófica/patologia , Animais , Caenorhabditis elegans , Proteínas de Caenorhabditis elegans/metabolismo , Sinalização do Cálcio , Núcleo Celular/metabolismo , Proteína de Ligação ao Elemento de Resposta ao AMP Cíclico/genética , Proteína de Ligação ao Elemento de Resposta ao AMP Cíclico/metabolismo , Feminino , Humanos , Masculino , Camundongos , Camundongos Endogâmicos C57BL , Camundongos Knockout , Mutagênese , Mutação de Sentido Incorreto , Proteínas Nucleares/deficiência , Proteínas Nucleares/metabolismo , Subunidades Proteicas/deficiência , Subunidades Proteicas/genética , Subunidades Proteicas/metabolismo
8.
Cell ; 175(5): 1380-1392.e14, 2018 11 15.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-30343895

RESUMO

ADP-ribosylation of proteins can profoundly impact their function and serves as an effective mechanism by which bacterial toxins impair eukaryotic cell processes. Here, we report the discovery that bacteria also employ ADP-ribosylating toxins against each other during interspecies competition. We demonstrate that one such toxin from Serratia proteamaculans interrupts the division of competing cells by modifying the essential bacterial tubulin-like protein, FtsZ, adjacent to its protomer interface, blocking its capacity to polymerize. The structure of the toxin in complex with its immunity determinant revealed two distinct modes of inhibition: active site occlusion and enzymatic removal of ADP-ribose modifications. We show that each is sufficient to support toxin immunity; however, the latter additionally provides unprecedented broad protection against non-cognate ADP-ribosylating effectors. Our findings reveal how an interbacterial arms race has produced a unique solution for safeguarding the integrity of bacterial cell division machinery against inactivating post-translational modifications.


Assuntos
ADP Ribose Transferases/metabolismo , Proteínas de Bactérias/metabolismo , Toxinas Bacterianas/metabolismo , Proteínas do Citoesqueleto/metabolismo , N-Glicosil Hidrolases/metabolismo , ADP Ribose Transferases/química , ADP Ribose Transferases/genética , ADP-Ribosilação , Difosfato de Adenosina/metabolismo , Sequência de Aminoácidos , Proteínas de Bactérias/antagonistas & inibidores , Toxinas Bacterianas/química , Toxinas Bacterianas/genética , Domínio Catalítico , Proteínas do Citoesqueleto/antagonistas & inibidores , Escherichia coli/crescimento & desenvolvimento , Escherichia coli/imunologia , Escherichia coli/metabolismo , Humanos , Mutagênese Sítio-Dirigida , N-Glicosil Hidrolases/química , N-Glicosil Hidrolases/genética , Estrutura Terciária de Proteína , Subunidades Proteicas/genética , Subunidades Proteicas/metabolismo , Alinhamento de Sequência , Serratia/metabolismo , Imagem com Lapso de Tempo
9.
Cell ; 173(7): 1636-1649.e16, 2018 06 14.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-29754813

RESUMO

Hydrogen gas-evolving membrane-bound hydrogenase (MBH) and quinone-reducing complex I are homologous respiratory complexes with a common ancestor, but a structural basis for their evolutionary relationship is lacking. Here, we report the cryo-EM structure of a 14-subunit MBH from the hyperthermophile Pyrococcus furiosus. MBH contains a membrane-anchored hydrogenase module that is highly similar structurally to the quinone-binding Q-module of complex I while its membrane-embedded ion-translocation module can be divided into a H+- and a Na+-translocating unit. The H+-translocating unit is rotated 180° in-membrane with respect to its counterpart in complex I, leading to distinctive architectures for the two respiratory systems despite their largely conserved proton-pumping mechanisms. The Na+-translocating unit, absent in complex I, resembles that found in the Mrp H+/Na+ antiporter and enables hydrogen gas evolution by MBH to establish a Na+ gradient for ATP synthesis near 100°C. MBH also provides insights into Mrp structure and evolution of MBH-based respiratory enzymes.


Assuntos
Proteínas Arqueais/metabolismo , Hidrogenase/metabolismo , Pyrococcus furiosus/metabolismo , Sequência de Aminoácidos , Proteínas Arqueais/química , Proteínas de Bactérias/química , Proteínas de Bactérias/metabolismo , Sítios de Ligação , Membrana Celular/química , Membrana Celular/metabolismo , Microscopia Crioeletrônica , Complexo I de Transporte de Elétrons/química , Complexo I de Transporte de Elétrons/metabolismo , Evolução Molecular , Hidrogênio/metabolismo , Hidrogenase/química , Hidrogenase/genética , Mutagênese , Estrutura Quaternária de Proteína , Subunidades Proteicas/química , Subunidades Proteicas/genética , Subunidades Proteicas/metabolismo , Proteínas Recombinantes/biossíntese , Proteínas Recombinantes/química , Proteínas Recombinantes/isolamento & purificação , Alinhamento de Sequência , Sódio/química , Sódio/metabolismo , Trocadores de Sódio-Hidrogênio/química , Trocadores de Sódio-Hidrogênio/metabolismo
10.
Annu Rev Biochem ; 85: 265-90, 2016 Jun 02.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-27294439

RESUMO

Transcription factor IIH (TFIIH) is a multiprotein complex involved in both transcription and DNA repair, revealing a striking functional link between these two processes. Some of its subunits also belong to complexes involved in other cellular processes, such as chromosome segregation and cell cycle regulation, emphasizing the multitasking capabilities of this factor. This review aims to depict the structure of TFIIH and to dissect the roles of its subunits in different cellular mechanisms. Our understanding of the biochemistry of TFIIH has greatly benefited from studies focused on diseases related to TFIIH mutations. We address the etiology of these disorders and underline the fact that TFIIH can be considered a promising target for therapeutic strategies.


Assuntos
Reparo do DNA/efeitos dos fármacos , Fator de Transcrição TFIIH/genética , Transcrição Gênica/efeitos dos fármacos , Síndromes de Tricotiodistrofia/genética , Xeroderma Pigmentoso/genética , Ciclo Celular/efeitos dos fármacos , Ciclo Celular/genética , Proteínas de Ciclo Celular/antagonistas & inibidores , Proteínas de Ciclo Celular/genética , Proteínas de Ciclo Celular/metabolismo , Segregação de Cromossomos , DNA/genética , DNA/metabolismo , Dano ao DNA , Humanos , Modelos Moleculares , Terapia de Alvo Molecular , Mutação , Fenilenodiaminas/uso terapêutico , Subunidades Proteicas/antagonistas & inibidores , Subunidades Proteicas/genética , Subunidades Proteicas/metabolismo , Pirimidinas/uso terapêutico , Espironolactona/uso terapêutico , Fator de Transcrição TFIIH/antagonistas & inibidores , Fator de Transcrição TFIIH/metabolismo , Síndromes de Tricotiodistrofia/tratamento farmacológico , Síndromes de Tricotiodistrofia/metabolismo , Síndromes de Tricotiodistrofia/patologia , Xeroderma Pigmentoso/tratamento farmacológico , Xeroderma Pigmentoso/metabolismo , Xeroderma Pigmentoso/patologia
11.
Annu Rev Biochem ; 85: 455-83, 2016 Jun 02.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-26844394

RESUMO

Nitrogenase is a versatile metalloenzyme that is capable of catalyzing two important reactions under ambient conditions: the reduction of nitrogen (N2) to ammonia (NH3), a key step in the global nitrogen cycle; and the reduction of carbon monoxide (CO) and carbon dioxide (CO2) to hydrocarbons, two reactions useful for recycling carbon waste into carbon fuel. The molybdenum (Mo)- and vanadium (V)-nitrogenases are two homologous members of this enzyme family. Each of them contains a P-cluster and a cofactor, two high-nuclearity metalloclusters that have crucial roles in catalysis. This review summarizes the progress that has been made in elucidating the biosynthetic mechanisms of the P-cluster and cofactor species of nitrogenase, focusing on what is known about the assembly mechanisms of the two metalloclusters in Mo-nitrogenase and giving a brief account of the possible assembly schemes of their counterparts in V-nitrogenase, which are derived from the homology between the two nitrogenases.


Assuntos
Azotobacter vinelandii/enzimologia , Proteínas de Bactérias/metabolismo , Coenzimas/metabolismo , Molibdênio/metabolismo , Nitrogenase/metabolismo , Subunidades Proteicas/metabolismo , Sequência de Aminoácidos , Amônia/química , Amônia/metabolismo , Azotobacter vinelandii/genética , Proteínas de Bactérias/química , Proteínas de Bactérias/genética , Biocatálise , Dióxido de Carbono/química , Dióxido de Carbono/metabolismo , Monóxido de Carbono/química , Monóxido de Carbono/metabolismo , Coenzimas/química , Ferro/química , Ferro/metabolismo , Molibdênio/química , Nitrogênio/química , Nitrogênio/metabolismo , Nitrogenase/química , Nitrogenase/genética , Oxirredução , Subunidades Proteicas/química , Subunidades Proteicas/genética , Alinhamento de Sequência , Homologia de Sequência de Aminoácidos , Vanádio/química , Vanádio/metabolismo
12.
Cell ; 166(6): 1436-1444.e10, 2016 Sep 08.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-27610568

RESUMO

Conjugative pili are widespread bacterial appendages that play important roles in horizontal gene transfer, in spread of antibiotic resistance genes, and as sites of phage attachment. Among conjugative pili, the F "sex" pilus encoded by the F plasmid is the best functionally characterized, and it is also historically the most important, as the discovery of F-plasmid-mediated conjugation ushered in the era of molecular biology and genetics. Yet, its structure is unknown. Here, we present atomic models of two F family pili, the F and pED208 pili, generated from cryoelectron microscopy reconstructions at 5.0 and 3.6 Å resolution, respectively. These structures reveal that conjugative pili are assemblies of stoichiometric protein-phospholipid units. We further demonstrate that each pilus type binds preferentially to particular phospholipids. These structures provide the molecular basis for F pilus assembly and also shed light on the remarkable properties of conjugative pili in bacterial secretion and phage infection.


Assuntos
Proteínas de Escherichia coli/química , Escherichia coli/fisiologia , Fator F/química , Fímbrias Bacterianas/química , Modelos Moleculares , Fosfolipídeos/química , Sítios de Ligação Microbiológicos/genética , Microscopia Crioeletrônica , Proteínas de Escherichia coli/metabolismo , Fator F/genética , Fímbrias Bacterianas/genética , Fímbrias Bacterianas/metabolismo , Lipídeos/química , Mutação , Fosfolipídeos/metabolismo , Ligação Proteica , Subunidades Proteicas/genética , Subunidades Proteicas/metabolismo , Sistemas de Secreção Tipo V/química , Sistemas de Secreção Tipo V/metabolismo
13.
Mol Cell ; 83(8): 1280-1297.e11, 2023 04 20.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-36924766

RESUMO

RNA polymerase II (RNA Pol II) has been recognized as a passively regulated multi-subunit holoenzyme. However, the extent to which RNA Pol II subunits might be important beyond the RNA Pol II complex remains unclear. Here, fractions containing disassociated RPB3 (dRPB3) were identified by size exclusion chromatography in various cells. Through a unique strategy, i.e., "specific degradation of disassociated subunits (SDDS)," we demonstrated that dRPB3 functions as a regulatory component of RNA Pol II to enable the preferential control of 3' end processing of ribosomal protein genes directly through its N-terminal domain. Machine learning analysis of large-scale genomic features revealed that the little elongation complex (LEC) helps to specialize the functions of dRPB3. Mechanistically, dRPB3 facilitates CBC-PCF11 axis activity to increase the efficiency of 3' end processing. Furthermore, RPB3 is dynamically regulated during development and diseases. These findings suggest that RNA Pol II gains specific regulatory functions by trapping disassociated subunits in mammalian cells.


Assuntos
RNA Polimerase II , Transcrição Gênica , Animais , RNA Polimerase II/metabolismo , Proteínas Ribossômicas/genética , Proteínas Ribossômicas/metabolismo , Ribossomos/metabolismo , Subunidades Proteicas/genética , Mamíferos/metabolismo
14.
Immunity ; 54(12): 2877-2892.e7, 2021 12 14.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-34852217

RESUMO

Adjuvants are critical for improving the quality and magnitude of adaptive immune responses to vaccination. Lipid nanoparticle (LNP)-encapsulated nucleoside-modified mRNA vaccines have shown great efficacy against severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), but the mechanism of action of this vaccine platform is not well-characterized. Using influenza virus and SARS-CoV-2 mRNA and protein subunit vaccines, we demonstrated that our LNP formulation has intrinsic adjuvant activity that promotes induction of strong T follicular helper cell, germinal center B cell, long-lived plasma cell, and memory B cell responses that are associated with durable and protective antibodies in mice. Comparative experiments demonstrated that this LNP formulation outperformed a widely used MF59-like adjuvant, AddaVax. The adjuvant activity of the LNP relies on the ionizable lipid component and on IL-6 cytokine induction but not on MyD88- or MAVS-dependent sensing of LNPs. Our study identified LNPs as a versatile adjuvant that enhances the efficacy of traditional and next-generation vaccine platforms.


Assuntos
Linfócitos B/imunologia , Vacinas contra COVID-19/imunologia , COVID-19/imunologia , Centro Germinativo/imunologia , SARS-CoV-2/fisiologia , Linfócitos T Auxiliares-Indutores/imunologia , Vacinas de mRNA/imunologia , Proteínas Adaptadoras de Transdução de Sinal/genética , Proteínas Adaptadoras de Transdução de Sinal/metabolismo , Adjuvantes Imunológicos , Animais , Células HEK293 , Humanos , Imunidade Humoral , Interleucina-6/genética , Interleucina-6/metabolismo , Lipossomos/administração & dosagem , Camundongos , Camundongos Endogâmicos BALB C , Nanopartículas/administração & dosagem , Subunidades Proteicas/genética , Vacinas de mRNA/genética
15.
Mol Cell ; 81(6): 1246-1259.e8, 2021 03 18.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-33548203

RESUMO

The Integrator is a specialized 3' end-processing complex involved in cleavage and transcription termination of a subset of nascent RNA polymerase II transcripts, including small nuclear RNAs (snRNAs). We provide evidence of the modular nature of the Integrator complex by biochemically characterizing its two subcomplexes, INTS5/8 and INTS10/13/14. Using cryoelectron microscopy (cryo-EM), we determined a 3.5-Å-resolution structure of the INTS4/9/11 ternary complex, which constitutes Integrator's catalytic core. Our structure reveals the spatial organization of the catalytic nuclease INTS11, bound to its catalytically impaired homolog INTS9 via several interdependent interfaces. INTS4, a helical repeat protein, plays a key role in stabilizing nuclease domains and other components. In this assembly, all three proteins form a composite electropositive groove, suggesting a putative RNA binding path within the complex. Comparison with other 3' end-processing machineries points to distinct features and a unique architecture of the Integrator's catalytic module.


Assuntos
Complexos Multiproteicos , Terminação da Transcrição Genética , Proteínas de Transporte/química , Proteínas de Transporte/genética , Proteínas de Transporte/metabolismo , Proteínas de Ciclo Celular/química , Proteínas de Ciclo Celular/genética , Proteínas de Ciclo Celular/metabolismo , Microscopia Crioeletrônica , Células HEK293 , Humanos , Peptídeos e Proteínas de Sinalização Intracelular/química , Peptídeos e Proteínas de Sinalização Intracelular/genética , Peptídeos e Proteínas de Sinalização Intracelular/metabolismo , Complexos Multiproteicos/química , Complexos Multiproteicos/genética , Complexos Multiproteicos/metabolismo , Complexos Multiproteicos/ultraestrutura , Subunidades Proteicas/química , Subunidades Proteicas/genética , Subunidades Proteicas/metabolismo
16.
Mol Cell ; 81(2): 281-292.e8, 2021 01 21.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-33296676

RESUMO

Rho is a general transcription termination factor playing essential roles in RNA polymerase (RNAP) recycling, gene regulation, and genomic stability in most bacteria. Traditional models of transcription termination postulate that hexameric Rho loads onto RNA prior to contacting RNAP and then translocates along the transcript in pursuit of the moving RNAP to pull RNA from it. Here, we report the cryoelectron microscopy (cryo-EM) structures of two termination process intermediates. Prior to interacting with RNA, Rho forms a specific "pre-termination complex" (PTC) with RNAP and elongation factors NusA and NusG, which stabilize the PTC. RNA exiting RNAP interacts with NusA before entering the central channel of Rho from the distal C-terminal side of the ring. We map the principal interactions in the PTC and demonstrate their critical role in termination. Our results support a mechanism in which the formation of a persistent PTC is a prerequisite for termination.


Assuntos
RNA Polimerases Dirigidas por DNA/química , Proteínas de Escherichia coli/química , Escherichia coli/genética , Regulação Bacteriana da Expressão Gênica , Fatores de Alongamento de Peptídeos/química , Fatores de Transcrição/química , Terminação da Transcrição Genética , Fatores de Elongação da Transcrição/química , Sequência de Aminoácidos , Sítios de Ligação , Clonagem Molecular , Microscopia Crioeletrônica , DNA Bacteriano/química , DNA Bacteriano/genética , DNA Bacteriano/metabolismo , RNA Polimerases Dirigidas por DNA/genética , RNA Polimerases Dirigidas por DNA/metabolismo , Escherichia coli/metabolismo , Proteínas de Escherichia coli/genética , Proteínas de Escherichia coli/metabolismo , Vetores Genéticos/química , Vetores Genéticos/metabolismo , Modelos Moleculares , Fatores de Alongamento de Peptídeos/genética , Fatores de Alongamento de Peptídeos/metabolismo , Ligação Proteica , Conformação Proteica em alfa-Hélice , Conformação Proteica em Folha beta , Domínios e Motivos de Interação entre Proteínas , Subunidades Proteicas/química , Subunidades Proteicas/genética , Subunidades Proteicas/metabolismo , RNA Bacteriano/química , RNA Bacteriano/genética , RNA Bacteriano/metabolismo , Fatores de Transcrição/genética , Fatores de Transcrição/metabolismo , Fatores de Elongação da Transcrição/genética , Fatores de Elongação da Transcrição/metabolismo
17.
Genes Dev ; 35(5-6): 392-409, 2021 03 01.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-33574069

RESUMO

Nuclear Argonaute proteins, guided by their bound small RNAs to nascent target transcripts, mediate cotranscriptional silencing of transposons and repetitive genomic loci through heterochromatin formation. The molecular mechanisms involved in this process are incompletely understood. Here, we show that the SFiNX complex, a silencing mediator downstream from nuclear Piwi-piRNA complexes in Drosophila, facilitates cotranscriptional silencing as a homodimer. The dynein light chain protein Cut up/LC8 mediates SFiNX dimerization, and its function can be bypassed by a heterologous dimerization domain, arguing for a constitutive SFiNX dimer. Dimeric, but not monomeric SFiNX, is capable of forming molecular condensates in a nucleic acid-stimulated manner. Mutations that prevent SFiNX dimerization result in loss of condensate formation in vitro and the inability of Piwi to initiate heterochromatin formation and silence transposons in vivo. We propose that multivalent SFiNX-nucleic acid interactions are critical for heterochromatin establishment at piRNA target loci in a cotranscriptional manner.


Assuntos
Proteínas Argonautas/metabolismo , Proteínas de Drosophila/genética , Proteínas de Drosophila/metabolismo , Drosophila melanogaster/genética , Regulação da Expressão Gênica no Desenvolvimento/genética , Inativação Gênica/fisiologia , Complexos Multiproteicos/metabolismo , Animais , Dimerização , Proteínas de Drosophila/química , Drosophila melanogaster/metabolismo , Dineínas/metabolismo , Complexos Multiproteicos/química , Complexos Multiproteicos/genética , Proteínas Nucleares/química , Proteínas Nucleares/genética , Proteínas Nucleares/metabolismo , Proteínas de Transporte Nucleocitoplasmático/química , Proteínas de Transporte Nucleocitoplasmático/genética , Proteínas de Transporte Nucleocitoplasmático/metabolismo , Subunidades Proteicas/genética , Subunidades Proteicas/metabolismo , Proteínas de Ligação a RNA/química , Proteínas de Ligação a RNA/genética , Proteínas de Ligação a RNA/metabolismo
18.
Cell ; 153(3): 628-39, 2013 Apr 25.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-23622246

RESUMO

ClpX, a AAA+ ring homohexamer, uses the energy of ATP binding and hydrolysis to power conformational changes that unfold and translocate target proteins into the ClpP peptidase for degradation. In multiple crystal structures, some ClpX subunits adopt nucleotide-loadable conformations, others adopt unloadable conformations, and each conformational class exhibits substantial variability. Using mutagenesis of individual subunits in covalently tethered hexamers together with fluorescence methods to assay the conformations and nucleotide-binding properties of these subunits, we demonstrate that dynamic interconversion between loadable and unloadable conformations is required to couple ATP hydrolysis by ClpX to mechanical work. ATP binding to different classes of subunits initially drives staged allosteric changes, which set the conformation of the ring to allow hydrolysis and linked mechanical steps. Subunit switching between loadable and unloadable conformations subsequently isomerizes or resets the configuration of the nucleotide-loaded ring and is required for mechanical function.


Assuntos
Adenosina Trifosfatases/química , Trifosfato de Adenosina/metabolismo , Endopeptidase Clp/química , Proteínas de Escherichia coli/química , Escherichia coli/metabolismo , Chaperonas Moleculares/química , Nucleotídeos/metabolismo , ATPases Associadas a Diversas Atividades Celulares , Adenosina Trifosfatases/genética , Adenosina Trifosfatases/metabolismo , Endopeptidase Clp/genética , Endopeptidase Clp/metabolismo , Proteínas de Escherichia coli/genética , Proteínas de Escherichia coli/metabolismo , Modelos Moleculares , Chaperonas Moleculares/genética , Chaperonas Moleculares/metabolismo , Conformação Proteica , Dobramento de Proteína , Subunidades Proteicas/química , Subunidades Proteicas/genética , Subunidades Proteicas/metabolismo , Proteólise
19.
Mol Cell ; 74(6): 1175-1188.e9, 2019 06 20.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-31226277

RESUMO

The condensin protein complex plays a key role in the structural organization of genomes. How the ATPase activity of its SMC subunits drives large-scale changes in chromosome topology has remained unknown. Here we reconstruct, at near-atomic resolution, the sequence of events that take place during the condensin ATPase cycle. We show that ATP binding induces a conformational switch in the Smc4 head domain that releases its hitherto undescribed interaction with the Ycs4 HEAT-repeat subunit and promotes its engagement with the Smc2 head into an asymmetric heterodimer. SMC head dimerization subsequently enables nucleotide binding at the second active site and disengages the Brn1 kleisin subunit from the Smc2 coiled coil to open the condensin ring. These large-scale transitions in the condensin architecture lay out a mechanistic path for its ability to extrude DNA helices into large loop structures.


Assuntos
Adenosina Trifosfatases/química , Trifosfato de Adenosina/química , Proteínas de Transporte/química , Chaetomium/genética , Proteínas Cromossômicas não Histona/química , Proteínas de Ligação a DNA/química , DNA/química , Complexos Multiproteicos/química , Proteínas Nucleares/química , Proteínas de Saccharomyces cerevisiae/química , Adenosina Trifosfatases/genética , Adenosina Trifosfatases/metabolismo , Trifosfato de Adenosina/metabolismo , Sequência de Aminoácidos , Sítios de Ligação , Proteínas de Transporte/genética , Proteínas de Transporte/metabolismo , Proteínas de Ciclo Celular , Chaetomium/metabolismo , Proteínas Cromossômicas não Histona/genética , Proteínas Cromossômicas não Histona/metabolismo , Cromossomos/metabolismo , Cromossomos/ultraestrutura , Cristalografia por Raios X , DNA/genética , DNA/metabolismo , Proteínas de Ligação a DNA/genética , Proteínas de Ligação a DNA/metabolismo , Expressão Gênica , Células HeLa , Humanos , Modelos Moleculares , Complexos Multiproteicos/genética , Complexos Multiproteicos/metabolismo , Proteínas Nucleares/genética , Proteínas Nucleares/metabolismo , Ligação Proteica , Conformação Proteica em alfa-Hélice , Domínios e Motivos de Interação entre Proteínas , Multimerização Proteica , Subunidades Proteicas/química , Subunidades Proteicas/genética , Subunidades Proteicas/metabolismo , Proteínas Recombinantes de Fusão/química , Proteínas Recombinantes de Fusão/genética , Proteínas Recombinantes de Fusão/metabolismo , Saccharomyces cerevisiae/genética , Saccharomyces cerevisiae/metabolismo , Proteínas de Saccharomyces cerevisiae/genética , Proteínas de Saccharomyces cerevisiae/metabolismo , Alinhamento de Sequência , Homologia de Sequência de Aminoácidos
20.
Annu Rev Biochem ; 80: 501-26, 2011.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-21529161

RESUMO

The assembly of ribosomes from a discrete set of components is a key aspect of the highly coordinated process of ribosome biogenesis. In this review, we present a brief history of the early work on ribosome assembly in Escherichia coli, including a description of in vivo and in vitro intermediates. The assembly process is believed to progress through an alternating series of RNA conformational changes and protein-binding events; we explore the effects of ribosomal proteins in driving these events. Ribosome assembly in vivo proceeds much faster than in vitro, and we outline the contributions of several of the assembly cofactors involved, including Era, RbfA, RimJ, RimM, RimP, and RsgA, which associate with the 30S subunit, and CsdA, DbpA, Der, and SrmB, which associate with the 50S subunit.


Assuntos
Proteínas de Escherichia coli/metabolismo , Ribossomos/metabolismo , RNA Helicases DEAD-box/genética , RNA Helicases DEAD-box/metabolismo , Escherichia coli/genética , Escherichia coli/metabolismo , Proteínas de Escherichia coli/química , Proteínas de Escherichia coli/genética , GTP Fosfo-Hidrolases/metabolismo , Modelos Moleculares , Chaperonas Moleculares/genética , Chaperonas Moleculares/metabolismo , Conformação de Ácido Nucleico , Conformação Proteica , Subunidades Proteicas/química , Subunidades Proteicas/genética , Subunidades Proteicas/metabolismo , RNA Bacteriano/química , RNA Bacteriano/genética , RNA Bacteriano/metabolismo , RNA Ribossômico/química , RNA Ribossômico/genética , RNA Ribossômico/metabolismo , Proteínas Ribossômicas/química , Proteínas Ribossômicas/genética , Proteínas Ribossômicas/metabolismo , Ribossomos/química , Ribossomos/genética
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