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1.
PLoS Pathog ; 17(8): e1009775, 2021 08.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-34339457

RESUMO

Viruses have evolved means to manipulate the host's ubiquitin-proteasome system, in order to down-regulate antiviral host factors. The Vpx/Vpr family of lentiviral accessory proteins usurp the substrate receptor DCAF1 of host Cullin4-RING ligases (CRL4), a family of modular ubiquitin ligases involved in DNA replication, DNA repair and cell cycle regulation. CRL4DCAF1 specificity modulation by Vpx and Vpr from certain simian immunodeficiency viruses (SIV) leads to recruitment, poly-ubiquitylation and subsequent proteasomal degradation of the host restriction factor SAMHD1, resulting in enhanced virus replication in differentiated cells. To unravel the mechanism of SIV Vpr-induced SAMHD1 ubiquitylation, we conducted integrative biochemical and structural analyses of the Vpr protein from SIVs infecting Cercopithecus cephus (SIVmus). X-ray crystallography reveals commonalities between SIVmus Vpr and other members of the Vpx/Vpr family with regard to DCAF1 interaction, while cryo-electron microscopy and cross-linking mass spectrometry highlight a divergent molecular mechanism of SAMHD1 recruitment. In addition, these studies demonstrate how SIVmus Vpr exploits the dynamic architecture of the multi-subunit CRL4DCAF1 assembly to optimise SAMHD1 ubiquitylation. Together, the present work provides detailed molecular insight into variability and species-specificity of the evolutionary arms race between host SAMHD1 restriction and lentiviral counteraction through Vpx/Vpr proteins.


Assuntos
Proteínas Culina/química , Produtos do Gene vpr/metabolismo , Complexo de Endopeptidases do Proteassoma/química , Proteína 1 com Domínio SAM e Domínio HD/química , Ubiquitinação , Replicação Viral , Sequência de Aminoácidos , Animais , Microscopia Crioeletrônica , Proteínas Culina/metabolismo , Produtos do Gene vpr/genética , Proteína NEDD8/química , Proteína NEDD8/metabolismo , Complexo de Endopeptidases do Proteassoma/metabolismo , Ligação Proteica , Proteína 1 com Domínio SAM e Domínio HD/metabolismo , Síndrome de Imunodeficiência Adquirida dos Símios/virologia , Vírus da Imunodeficiência Símia/fisiologia , Ubiquitina-Proteína Ligases/química , Ubiquitina-Proteína Ligases/metabolismo
2.
Mol Cell ; 81(2): 304-322.e16, 2021 01 21.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-33357414

RESUMO

Protein synthesis must be finely tuned in the developing nervous system as the final essential step of gene expression. This study investigates the architecture of ribosomes from the neocortex during neurogenesis, revealing Ebp1 as a high-occupancy 60S peptide tunnel exit (TE) factor during protein synthesis at near-atomic resolution by cryoelectron microscopy (cryo-EM). Ribosome profiling demonstrated Ebp1-60S binding is highest during start codon initiation and N-terminal peptide elongation, regulating ribosome occupancy of these codons. Membrane-targeting domains emerging from the 60S tunnel, which recruit SRP/Sec61 to the shared binding site, displace Ebp1. Ebp1 is particularly abundant in the early-born neural stem cell (NSC) lineage and regulates neuronal morphology. Ebp1 especially impacts the synthesis of membrane-targeted cell adhesion molecules (CAMs), measured by pulsed stable isotope labeling by amino acids in cell culture (pSILAC)/bioorthogonal noncanonical amino acid tagging (BONCAT) mass spectrometry (MS). Therefore, Ebp1 is a central component of protein synthesis, and the ribosome TE is a focal point of gene expression control in the molecular specification of neuronal morphology during development.


Assuntos
Proteínas de Ligação a DNA/genética , Regulação da Expressão Gênica no Desenvolvimento , Neocórtex/metabolismo , Neurônios/metabolismo , Biossíntese de Proteínas , Proteostase/genética , Proteínas de Ligação a RNA/genética , Subunidades Ribossômicas Maiores de Eucariotos/genética , Animais , Animais Recém-Nascidos , Sítios de Ligação , Moléculas de Adesão Celular Neuronais/química , Moléculas de Adesão Celular Neuronais/genética , Moléculas de Adesão Celular Neuronais/metabolismo , Linhagem Celular Tumoral , Microscopia Crioeletrônica , Proteínas de Ligação a DNA/química , Proteínas de Ligação a DNA/metabolismo , Embrião de Mamíferos , Feminino , Masculino , Camundongos , Neocórtex/citologia , Neocórtex/crescimento & desenvolvimento , Células-Tronco Neurais/citologia , Células-Tronco Neurais/metabolismo , Neurogênese/genética , Neurônios/citologia , Cultura Primária de Células , Ligação Proteica , Conformação Proteica em alfa-Hélice , Conformação Proteica em Folha beta , Domínios e Motivos de Interação entre Proteínas , Proteínas de Ligação a RNA/química , Proteínas de Ligação a RNA/metabolismo , Subunidades Ribossômicas Maiores de Eucariotos/metabolismo , Subunidades Ribossômicas Maiores de Eucariotos/ultraestrutura , Partícula de Reconhecimento de Sinal/química , Partícula de Reconhecimento de Sinal/genética , Partícula de Reconhecimento de Sinal/metabolismo
3.
Mol Cell ; 74(1): 143-157.e5, 2019 04 04.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-30795892

RESUMO

Bacteriophage λN protein, a model anti-termination factor, binds nascent RNA and host Nus factors, rendering RNA polymerase resistant to all pause and termination signals. A 3.7-Å-resolution cryo-electron microscopy structure and structure-informed functional analyses reveal a multi-pronged strategy by which the intrinsically unstructured λN directly modifies RNA polymerase interactions with the nucleic acids and subverts essential functions of NusA, NusE, and NusG to reprogram the transcriptional apparatus. λN repositions NusA and remodels the ß subunit flap tip, which likely precludes folding of pause or termination RNA hairpins in the exit tunnel and disrupts termination-supporting interactions of the α subunit C-terminal domains. λN invades and traverses the RNA polymerase hybrid cavity, likely stabilizing the hybrid and impeding pause- or termination-related conformational changes of polymerase. λN also lines upstream DNA, seemingly reinforcing anti-backtracking and anti-swiveling by NusG. Moreover, λN-repositioned NusA and NusE sequester the NusG C-terminal domain, counteracting ρ-dependent termination. Other anti-terminators likely utilize similar mechanisms to enable processive transcription.


Assuntos
Bacteriófago lambda/metabolismo , Escherichia coli/metabolismo , RNA Bacteriano/biossíntese , Fatores de Transcrição/metabolismo , Terminação da Transcrição Genética , Proteínas Virais Reguladoras e Acessórias/metabolismo , Bacteriófago lambda/genética , Sítios de Ligação , Microscopia Crioeletrônica , RNA Polimerases Dirigidas por DNA/genética , RNA Polimerases Dirigidas por DNA/metabolismo , Escherichia coli/genética , Escherichia coli/virologia , Regulação Bacteriana da Expressão Gênica , Modelos Moleculares , Conformação de Ácido Nucleico , Ligação Proteica , Conformação Proteica , RNA Bacteriano/química , RNA Bacteriano/genética , Relação Estrutura-Atividade , Fatores de Transcrição/química , Fatores de Transcrição/genética , Proteínas Virais Reguladoras e Acessórias/química , Proteínas Virais Reguladoras e Acessórias/genética
4.
Nat Microbiol ; 2: 17062, 2017 Apr 28.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-28452979

RESUMO

λN-mediated processive antitermination constitutes a paradigmatic transcription regulatory event, during which phage protein λN, host factors NusA, NusB, NusE and NusG, and an RNA nut site render elongating RNA polymerase termination-resistant. The structural basis of the process has so far remained elusive. Here we describe a crystal structure of a λN-NusA-NusB-NusE-nut site complex and an electron cryo-microscopic structure of a complete transcription antitermination complex, comprising RNA polymerase, DNA, nut site RNA, all Nus factors and λN, validated by crosslinking/mass spectrometry. Due to intrinsic disorder, λN can act as a multiprotein/RNA interaction hub, which, together with nut site RNA, arranges NusA, NusB and NusE into a triangular complex. This complex docks via the NusA N-terminal domain and the λN C-terminus next to the RNA exit channel on RNA polymerase. Based on the structures, comparative crosslinking analyses and structure-guided mutagenesis, we hypothesize that λN mounts a multipronged strategy to reprogram the transcriptional machinery, which may include (1) the λN C terminus clamping the RNA exit channel, thus stabilizing the DNA:RNA hybrid; (2) repositioning of NusA and RNAP elements, thus redirecting nascent RNA and sequestering the upstream branch of a terminator hairpin; and (3) hindering RNA engagement of termination factor ρ and/or obstructing ρ translocation on the transcript.


Assuntos
Proteínas de Bactérias/química , RNA Polimerases Dirigidas por DNA/química , Proteínas de Ligação a RNA/química , Regiões Terminadoras Genéticas , Transcrição Gênica , Sítios de Ligação , RNA Polimerases Dirigidas por DNA/genética , Escherichia coli/genética , Proteínas de Escherichia coli/química , Proteínas de Escherichia coli/genética , Regulação da Expressão Gênica , RNA/química , Fator Rho , Proteínas Ribossômicas/genética , Fatores de Transcrição/química
5.
Nat Commun ; 7: 12126, 2016 07 15.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-27418187

RESUMO

Eukaryotic RNA polymerase I (Pol I) is specialized in rRNA gene transcription synthesizing up to 60% of cellular RNA. High level rRNA production relies on efficient binding of initiation factors to the rRNA gene promoter and recruitment of Pol I complexes containing initiation factor Rrn3. Here, we determine the cryo-EM structure of the Pol I-Rrn3 complex at 7.5 Å resolution, and compare it with Rrn3-free monomeric and dimeric Pol I. We observe that Rrn3 contacts the Pol I A43/A14 stalk and subunits A190 and AC40, that association re-organizes the Rrn3 interaction interface, thereby preventing Pol I dimerization; and Rrn3-bound and monomeric Pol I differ from the dimeric enzyme in cleft opening, and localization of the A12.2 C-terminus in the active centre. Our findings thus support a dual role for Rrn3 in transcription initiation to stabilize a monomeric initiation competent Pol I and to drive pre-initiation complex formation.


Assuntos
Proteínas Pol1 do Complexo de Iniciação de Transcrição/metabolismo , RNA Polimerase I/química , RNA Polimerase I/metabolismo , Proteínas de Saccharomyces cerevisiae/metabolismo , Microscopia Crioeletrônica/métodos , Proteínas Pol1 do Complexo de Iniciação de Transcrição/genética , Regiões Promotoras Genéticas , Domínios Proteicos , Multimerização Proteica , RNA Polimerase I/genética , Proteínas de Saccharomyces cerevisiae/química , Proteínas de Saccharomyces cerevisiae/genética , Transcrição Gênica
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