Медиаторные комплексы изменчивы на эволюционном, композиционном и конформационном уровнях. [3] Первое изображение показывает только один «снимок» того, из чего может состоять конкретный медиаторный комплекс, [b] но оно, конечно, неточно отображает конформацию комплекса in vivo . В ходе эволюции медиатор стал более сложным. Считается, что дрожжи Saccharomyces cerevisiae (простые эукариоты ) имеют до 21 субъединицы в ядре-медиаторе (исключая модуль CDK), тогда как у млекопитающих — до 26.
Отдельные субъединицы могут отсутствовать или заменяться другими субъединицами в разных условиях. Кроме того, в белках-медиаторах имеется множество внутренне неупорядоченных областей , которые могут способствовать конформационной гибкости, наблюдаемой как с другими связанными белками или белковыми комплексами, так и без них. Более реалистичная модель медиаторного комплекса без модуля CDK представлена на втором рисунке. [4]
Медиаторный комплекс необходим для успешной транскрипции РНК-полимеразой II. Показано, что медиатор контактирует с полимеразой в комплексе преинициации транскрипции . [3] Недавняя модель, показывающая ассоциацию полимеразы с медиатором в отсутствие ДНК, показана на рисунке слева. [4] Помимо РНК-полимеразы II, медиатор также должен связываться с факторами транскрипции и ДНК. Модель таких взаимодействий показана на рисунке справа. [5] Обратите внимание, что различные морфологии медиатора не обязательно означают, что одна из моделей правильна; скорее эти различия могут отражать гибкость медиатора при его взаимодействии с другими молекулами. [c] Например, после связывания энхансера и основного промотора медиаторный комплекс претерпевает изменение состава, при котором киназный модуль отделяется от комплекса, обеспечивая связь с РНК-полимеразой II и активацию транскрипции. [6]
Медиаторный комплекс расположен в ядре клетки . Он необходим для успешной транскрипции почти всех промоторов генов класса II у дрожжей. [7] У млекопитающих это работает таким же образом. Медиатор действует как коактиватор и связывается с С-концевым доменом голофермента РНК- полимеразы II , действуя как мост между этим ферментом и факторами транскрипции . [8]
Состав
Архитектура медиаторного комплекса с акцентом на неупорядоченный «сплайн» Med 14 [9]
Медиаторный комплекс дрожжей по массе примерно равен небольшой субъединице эукариотической рибосомы . Медиатор дрожжей состоит из 25 субъединиц, тогда как медиаторные комплексы млекопитающих немного крупнее. [3] Медиатор можно разделить на 4 основные части: головку, середину, хвост и временно связанный киназный модуль CDK8. [10]
Субъединицы медиатора имеют множество внутренне неупорядоченных областей, называемых «сплайнами», которые могут быть важны для обеспечения структурных изменений медиатора, которые меняют функцию комплекса. [3] [d] На рисунке показано, как шлицы субъединицы Med 14 соединяют вместе большую часть комплекса, сохраняя при этом гибкость. [4] [э]
Были обнаружены или произведены медиаторные комплексы, в которых отсутствует субъединица. Эти более мелкие медиаторы все еще могут нормально функционировать в некоторых видах деятельности, но им не хватает других возможностей. [3] Это указывает на несколько независимую функцию некоторых субъединиц, хотя они являются частью более крупного комплекса.
Другой пример структурной изменчивости наблюдается у позвоночных, у которых 3 паралоги субъединиц циклин -зависимого киназного модуля эволюционировали в результате 3 независимых событий дупликации генов с последующей дивергенцией последовательностей. [3]
Структурная модель медиатора [9]
Есть сообщение, что медиатор образует устойчивые ассоциации с определенным типом некодирующей РНК , нкРНК-а. [11] [f] Также было показано, что эти стабильные ассоциации регулируют экспрессию генов in vivo и предотвращаются мутациями в MED12, которые вызывают синдром заболевания человека FG . [11] Таким образом, структура медиаторного комплекса может быть дополнена РНК, а также белковыми факторами транскрипции. [3]
Функция
Структурная модель хвоста и середины медиатора, связанного с РНК-полимеразой II [9]
Медиатор был первоначально открыт, поскольку он важен для функционирования РНК-полимеразы II, но у него гораздо больше функций, чем просто взаимодействие в месте начала транскрипции. [3]
Комплекс инициации ядра РНК-полимеразы II-медиатора
Медиатор является важнейшим компонентом инициации транскрипции. Медиатор взаимодействует с преинициационным комплексом, состоящим из РНК-полимеразы II и общих факторов транскрипции TFIIB, TFIID, TFIIE, TFIIF и TFIIH, для стабилизации и инициации транскрипции. [12] Исследования контактов Медиатор-РНК Pol II у почкующихся дрожжей подчеркнули важность контактов TFIIB-Медиатор в формировании комплекса. Показано взаимодействие Медиатора с ТФИИД в комплексе инициации. [10]
Была выяснена структура основного медиатора (cMed), связанного с основным прединициационным комплексом. [12]
Синтез РНК
Преинициативный комплекс, который содержит медиатор, факторы транскрипции, нуклеосому [13] [14] [g] и РНК-полимеразу II, важен для позиционирования полимеразы для начала транскрипции. Прежде чем может произойти синтез РНК, полимераза должна диссоциировать от медиатора. По-видимому, это достигается за счет фосфорилирования части полимеразы киназой. Важно отметить, что медиатор и факторы транскрипции не диссоциируют от ДНК в тот момент, когда полимераза начинает транскрипцию. Скорее, комплекс остается на промоторе, чтобы привлечь другую РНК-полимеразу и начать новый раунд транскрипции. [3] [ч]
Есть некоторые данные, позволяющие предположить, что медиатор в дрожжах участвует в регуляции транскриптов РНК-полимеразы III (Pol III) тРНК [15]. В подтверждение этих данных независимый отчет показал специфическую связь медиатора с Pol III у Saccharomyces cerevisiae . [16] Эти авторы также сообщили о специфических ассоциациях с РНК-полимеразой I и белками, участвующими в элонгации транскрипции и процессинге РНК, что подтверждает другие доказательства участия медиатора в элонгации и процессинге. [16]
Хроматиновая организация
Медиатор участвует в «закольцовывании» хроматина , что приводит к более близкому физическому сближению отдаленных участков хромосомы. [3] Упомянутая выше нкРНК-а [11] участвует в таком закольцовывании. [i] Энхансерные РНК (eRNA) могут функционировать аналогичным образом. [3]
Передача сигнала TGFβ на клеточной мембране приводит к двум различным внутриклеточным путям . Один из них зависит от MED15, [j] , а другой не зависит от MED15. [17] Как в клетках человека, так и в Caenorhabditis elegans MED15 участвует в липидном гомеостазе посредством пути, включающего SREBP. [18] В модельном растении Arabidopsis thaliana ортолог MED15 необходим для передачи сигнала растительным гормоном салициловой кислотой, [19], в то время как MED25 необходим для транскрипционной активации жасмонатных и теневых сигнальных реакций. [20] [21] [22] Два компонента модуля CDK (MED12 и MED13) участвуют в сигнальном пути Wnt [3] MED23 участвует в пути RAS / MAPK/ERK [3] Этот сокращенный обзор показывает универсальность отдельных субъединиц медиатора и приводит к идее, что медиатор является конечной точкой сигнальных путей. [3]
Болезнь человека
Рассмотрено участие медиатора в различных заболеваниях человека. [23] [24] [25] [ 26] [27] [ 28] [29] [ 30] [31 ] [32 ] [33] Поскольку ингибирование одного взаимодействия болезнетворного сигнального пути с субъединицей медиатора может Не ингибируя общую транскрипцию, необходимую для нормального функционирования, медиаторные субъединицы являются привлекательными кандидатами для терапевтических препаратов. [3]
Взаимодействия
Медиаторный интерактом у Saccharomyces cerevisiae [16]
Метод, использующий очень мягкий лизис клеток дрожжей с последующей коиммунопреципитацией антителом к субъединице медиатора (Med 17), подтвердил почти все ранее сообщенные или предсказанные взаимодействия и выявил множество ранее не подозревавшихся специфических взаимодействий различных белков с медиатором. [16]
Обсуждение всех субъединиц-посредников выходит за рамки этой статьи, но детали одного из субъединиц иллюстрируют типы информации, которая может быть собрана для других субъединиц.
регуляция с помощью микро РНК
МикроРНК участвуют в регуляции экспрессии многих белков. На Med1 нацелена миР-1, которая играет важную роль в регуляции генов при раке. [34] Супрессор опухоли миР-137 также регулирует MED1. [35]
Эмбриональное развитие мыши
Нулевые мутанты погибают на раннем сроке беременности (эмбриональный день 11,5). [36] [37] При исследовании гипоморфных мутантов (которые могут выживать на 2 дня дольше) было обнаружено, что дефекты плаценты были в первую очередь летальными, а также имелись дефекты развития сердца и печени, но многие другие органы были нормальными [37]
Мышиные клетки и ткани
Медиаторная мутация вызывает волосатость зубов у мышей
У мышей можно вызывать условные мутации , которые влияют только на определенные клетки или ткани в определенное время, так что мышь может развиваться до взрослой жизни и можно изучать фенотип взрослой особи. В одном случае было обнаружено, что MED1 участвует в контроле времени событий мейоза у мышей-самцов. [38] Условные мутанты кератиноцитов демонстрируют различия в заживлении кожных ран. [39] Было обнаружено, что условный мутант у мышей изменял зубной эпителий на эпидермальный эпителий, что вызывало рост волос, связанных с резцами. [40]
Субъединицы образуют как минимум три структурно различных субмодуля. Головной и средний модули взаимодействуют непосредственно с РНК-полимеразой II, тогда как модуль с удлиненным хвостом взаимодействует с ген-специфическими регуляторными белками . Медиатор, содержащий модуль CDK8, менее активен, чем Медиатор, не имеющий этого модуля, в поддержке активации транскрипции .
Средний модуль содержит: MED1, MED4, NUT1/MED5, MED7, CSE2/MED9, NUT2/MED10, SRB7/MED21 и SOH1/MED31. CSE2/MED9 напрямую взаимодействует с MED4.
Хвостовой модуль содержит: MED2, PGD1/MED3, RGR1/MED14, GAL11/MED15 и SIN4/MED16.
Модуль CDK8 содержит: MED12, MED13, CCNC и CDK8. Отдельные препараты медиаторного комплекса, лишенные одной или нескольких отдельных субъединиц, получили различные названия ARC, CRSP, DRIP, PC2, SMCC и TRAP.
У других видов
Ниже приведено межвидовое сравнение субъединиц медиаторного комплекса. [41] [42]
Примечания
^ Медиатор также упоминается в научной литературе как коактиваторный комплекс белка, взаимодействующего с рецептором витамина D ( DRIP ) и белки, ассоциированные с рецептором гормона щитовидной железы ( TRAP ).
^ Однако обратите внимание, что совсем недавно было обнаружено, что модуль CDK и MED26 не могут присутствовать в комплексе одновременно. [3]
^ Резкий изгиб ДНК, связанный с пузырем транскрипции, показан в графическом аннотации и на первом рисунке этой исследовательской статьи.
^ Некоторые из этих изменений показаны на рисунке 1 обзорной статьи, которую можно просмотреть в несколько увеличенном виде, щелкнув ее на этом сайте.
^ Обратите внимание, что Med 17 (показан синим цветом) также имеет такой сплайн.
^ Эти некодирующие активирующие РНК еще не упоминались в статье о нкРНК по состоянию на 16 февраля 2017 г.
^ Это нуклеосома +1, которая «покрывает» место начала транскрипции во время фазы преинициации.
^ Это показано на рисунке 2 обзорной статьи, которую можно просмотреть в несколько увеличенном виде, щелкнув ее на этом сайте.
^ Это показано на рисунке 3 обзорной статьи, которую можно просмотреть в несколько увеличенном виде, щелкнув ее на этом сайте. На этом рисунке также показано, что Pol II отделен от медиатора и т. д. , что остается в ДНК.
^ Также известен как ARC105 у Xenopus laevis , модельного вида , над которым проводилась работа.
^ Фланаган П.М., Келлехер Р.Дж., Сэйр М.Х., Чохнер Х., Корнберг Р.Д. (апрель 1991 г.). «Медиатор, необходимый для активации транскрипции РНК-полимеразы II in vitro». Природа . 350 (6317): 436–8. Бибкод : 1991Natur.350..436F. дои : 10.1038/350436a0. PMID 2011193. S2CID 4323957.
^ abcdefghijklmnopqr Аллен Б.Л., Taatjes DJ (март 2015 г.). «Медиаторный комплекс: центральный интегратор транскрипции». Nature Reviews Молекулярно-клеточная биология . 16 (3): 155–66. дои : 10.1038/nrm3951. ПМЦ 4963239 . ПМИД 25693131.
^ abc Робинсон П.Дж., Трнка М.Дж., Пелларин Р., Гринберг CH, Бушнелл Д.А., Дэвис Р., Берлингейм А.Л., Сали А., Корнберг Р.Д. (сентябрь 2015 г.). «Молекулярная архитектура дрожжевого медиаторного комплекса». электронная жизнь . 4 : e08719. doi : 10.7554/eLife.08719 . ПМЦ 4631838 . ПМИД 26402457.
^ Бернеки С., Гроб П., Эбмайер CC, Ногалес Э., Таатжес DJ (март 2011 г.). «Молекулярная архитектура сборки медиатора-РНК-полимеразы II-TFIIF человека». ПЛОС Биология . 9 (3): e1000603. дои : 10.1371/journal.pbio.1000603 . ПМК 3066130 . ПМИД 21468301.
^ Петренко, Н; Джин, Ю; Вонг, К.Х.; Струль, К. (3 ноября 2016 г.). «Медиатор претерпевает изменение состава во время транскрипционной активации». Молекулярная клетка . 64 (3): 443–454. doi : 10.1016/j.molcel.2016.09.015. ПМК 5096951 . ПМИД 27773675.
^ Биддик Р., Young ET (сентябрь 2005 г.). «Дрожжевой медиатор и его роль в регуляции транскрипции». Comptes Rendus Biologies . 328 (9): 773–82. doi :10.1016/j.crvi.2005.03.004. ПМИД 16168358.
^ Бьёрклунд С., Густафссон CM (май 2005 г.). «Медиаторный комплекс дрожжей и его регуляция». Тенденции биохимических наук . 30 (5): 240–4. doi :10.1016/j.tibs.2005.03.008. ПМИД 15896741.
^ abc Робинсон, Филип Дж.; Трнка, Майкл Дж.; Пелларин, Риккардо; Гринберг, Чарльз Х.; Бушнелл, Дэвид А.; Дэвис, Ральф; Берлингейм, Альма Л.; Сали, Андрей; Корнберг, Роджер Д. (24 сентября 2015 г.). «Молекулярная архитектура дрожжевого медиаторного комплекса». электронная жизнь . 4 : e08719. doi : 10.7554/eLife.08719 . ISSN 2050-084X. ПМЦ 4631838 . ПМИД 26402457.
^ аб Сутурина, Джули (6 декабря 2017 г.). «Регуляция транскрипции медиаторным комплексом». Nature Reviews Молекулярно-клеточная биология . 19 (4): 262–274. дои : 10.1038/номер.2017.115. ISSN 1471-0072. PMID 29209056. S2CID 3972303.
^ abc Лай, Ф; и другие. (2013). «Активирующие РНК связываются с медиатором, улучшая архитектуру и транскрипцию хроматина» (PDF) . Природа . 494 (7438): 497–501. Бибкод : 2013Natur.494..497L. дои : 10.1038/nature11884. hdl : 11858/00-001M-0000-0019-1122-4. ПМК 4109059 . ПМИД 23417068.
^ Корнберг, РД. «Молекулярная основа эукариотической транскрипции». YouTube . Израильский институт перспективных исследований. Архивировано из оригинала 15 декабря 2021 года . Проверено 17 февраля 2017 г. .
^ Карлстен, Дж. О.; Чжу X, Лопес, доктор медицинских наук, Самуэльссон Т, Густафссон CM (февраль 2016 г.). «Потеря субъединицы медиатора Med20 влияет на транскрипцию тРНК и других генов некодирующей РНК у делящихся дрожжей». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Механизмы регуляции генов . 1859 (2): 339–347. doi :10.1016/j.bbagrm.2015.11.007. ПМИД 26608234.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ abcd Уте Х, Ванселов Дж. Т., Шлоссер А. (2017). «Протеомный анализ интерактома медиаторного комплекса у Saccharomyces cerevisiae». Научный представитель . 7 : 43584. Бибкод : 2017NatSR...743584U. дои : 10.1038/srep43584 . ПМК 5327418 . ПМИД 28240253.
^ Като Ю., Хабас Р., Кацуяма Ю., Няэр А.М., Хе X (2002). «Компонент комплекса ARC/Mediator, необходимый для передачи сигналов TGF бета/Nodal». Природа . 418 (6898): 641–6. Бибкод : 2002Natur.418..641K. дои : 10.1038/nature00969. PMID 12167862. S2CID 4330754.
^ Ян Ф., Воут Б.В., Саттерли Дж.С., Уокер А.К., Джим Сан З.И., Уоттс Дж.Л., ДеБомон Р., Сайто Р.М., Хайбертс С.Г., Ян С., Макол С., Айер Л., Тьян Р., ван ден Хеувел С., Харт AC, Вагнер Г, Няэр А.М. (2006). «Субъединица ARC/Mediator, необходимая для SREBP-контроля гомеостаза холестерина и липидов». Природа . 442 (7103): 700–4. Бибкод : 2006Natur.442..700Y. дои : 10.1038/nature04942. PMID 16799563. S2CID 4396081.
^ Канет СП, Добон А, Торнеро П (2012). «Нераспознавание BTH4, гомолога субъединицы медиатора Arabidopsis, необходимо для развития и реакции на салициловую кислоту». Растительная клетка . 24 (10): 4220–35. дои : 10.1105/tpc.112.103028 . ПМЦ 3517246 . ПМИД 23064321.
^ Кларк А.Д., Олденбрук М., Бойер Т.Г. (2015). «Модуль медиаторной киназы и онкогенез человека». Crit Rev Biochem Mol Biol . 50 (5): 393–426. doi : 10.3109/10409238.2015.1064854 (неактивен 31 января 2024 г.). ПМЦ 4928375 . ПМИД 26182352.{{cite journal}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на январь 2024 г. ( ссылка )
^ Кроче С., Чибон Ф (2015). «MED12 и онкогенез гладких мышц матки: современное состояние и перспективы». Eur J Рак . 51 (12): 1603–10. doi :10.1016/j.ejca.2015.04.023. ПМИД 26037152.
^ Скиано С, Казамассими А, Риенцо М, де Нигрис Ф, Соммесе Л, Наполи С (2014). «Вовлечение Медиаторного комплекса в злокачественные новообразования». Биохим Биофиз Акта . 1845 (1): 66–83. дои : 10.1016/j.bbcan.2013.12.001. ПМИД 24342527.
^ Скиано С, Казамассими А, Виетри МТ, Риенцо М, Наполи С (2014). «Роль медиаторного комплекса при сердечно-сосудистых заболеваниях». Биохим Биофиз Акта . 1839 (6): 444–51. doi :10.1016/j.bbagrm.2014.04.012. ПМИД 24751643.
^ Утами К.Х., Вината CL, Хиллмер А.М., Аксой I, Лонг Х.Т., Лиани Х., Чу Э.Г., Матаван С., Тай С.К., Корж В., Сарда П., Давила С., Каше В. (2014). «Нарушение развития органов, происходящих из клеток нервного гребня, и умственная отсталость, вызванная гаплонедостаточностью MED13L». Хум Мутат . 35 (11): 1311–20. дои : 10.1002/humu.22636 . PMID 25137640. S2CID 42336634.
^ Грутер CE (2013). «Медиаторная комплексно-зависимая регуляция сердечного развития и заболеваний». Геномика Протеомика Биоинформатика . 11 (3): 151–7. дои :10.1016/j.gpb.2013.05.002. ПМЦ 4357813 . ПМИД 23727265.
^ Ян X и Ян Ф (2013). «Опосредование биосинтеза липидов: последствия сердечно-сосудистых заболеваний». Тенденции Кардиоваск Мед . 23 (7): 269–273. doi :10.1016/j.tcm.2013.03.002. ПМЦ 3744615 . ПМИД 23562092.
^ Наполи С, Сесса М, Инфанте Т, Касассими А (2012). «Раскрытие структуры наследственного комплекса медиаторов при заболеваниях человека». Биохимия . 94 (3): 579–87. дои : 10.1016/j.biochi.2011.09.016. ПМИД 21983542.
^ Сюй В, Цзи JY (2011). «Дисрегуляция CDK8 и циклина С при онкогенезе». Дж Генет Геномикс . 38 (10): 439–52. дои : 10.1016/j.jgg.2011.09.002. ПМЦ 9792140 . ПМИД 22035865.
^ Спет Дж. М., Ким Н. Х., Бойер Т. Г. (2011). «Медиатор и болезнь человека». Семенные клетки Dev Biol . 22 (7): 776–87. doi : 10.1016/j.semcdb.2011.07.024. ПМК 4100472 . ПМИД 21840410.
^ Лайонс MJ (2008). Расстройства, связанные с MED12 (изд. 11.08.2016). Вашингтонский университет, Сиэтл. ПМИД 20301719.
^ Цзян С., Чен Х, Шао Л., Ван Ц (2014). «МикроРНК-1 действует как потенциальный супрессор опухоли при остеосаркоме, воздействуя на Med1 и Med31». Представитель Онкола . 32 (3): 1249–56. дои : 10.3892/или.2014.3274 . ПМИД 24969180.
^ Нильссон Э.М., Лаурсен К.Б., Уитчерч Дж., МакВильям А., Одум Н., Перссон Дж.Л., Хири Д.М., Гудас Л.Дж., Монган НП (2015). «MiR137 представляет собой андроген-регулируемый репрессор расширенной сети корегуляторов транскрипции». Онкотаргет . 6 (34): 35710–25. doi : 10.18632/oncotarget.5958. ПМЦ 4742136 . ПМИД 26461474.
^ Ито М., Юань CX, Окано Х.Дж., Дарнелл Р.Б., Редер Р.Г. (2000). «Участие компонента TRAP220 коактиваторного комплекса TRAP/SMCC в эмбриональном развитии и действии гормонов щитовидной железы». Мол Клетка . 5 (4): 683–93. дои : 10.1016/S1097-2765(00)80247-6 . ПМИД 10882104.
^ ab Лэндлс С., Мел С., Стил Дж. Х., Розуэлл И., Спенсер-Дин Б., Лалани эль-Н, Паркер М. Г. (2003). «Белок TRAP220, связанный с рецептором гормона щитовидной железы, необходим на различных эмбриональных стадиях развития плаценты, сердца и печени». Мол Эндокринол . 17 (12): 2418–35. дои : 10.1210/me.2003-0097 . ПМИД 14500757.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Хусар Дж.М., Цзя Ю., Редди Дж.К., Пейн С.Дж. (2015). «Med1 регулирует развитие мейоза во время сперматогенеза у мышей». Размножение . 149 (6): 597–604. дои : 10.1530/REP-14-0483. ПМК 4417004 . ПМИД 25778538.
^ Ногучи Ф, Накадзима Т, Инуи С, Редди Дж. К., Итами С (2014). «Изменение заживления кожных ран у мышей с нулевой субъединицей 1 комплекса кератиноцитов». ПЛОС ОДИН . 9 (8): e102271. Бибкод : 2014PLoSO...9j2271N. дои : 10.1371/journal.pone.0102271 . ПМК 4133190 . ПМИД 25122137.
^ Ёшизаки К., Ху Л., Нгуен Т., Сакаи К., Хе Б., Фонг С., Ямада Ю., Бикле Д.Д., Ода Ю. (2014). «Абляция коактиватора Med1 переключает судьбу клеток зубного эпителия на клетки, образующие волосы». ПЛОС ОДИН . 9 (6): e99991. Бибкод : 2014PLoSO...999991Y. дои : 10.1371/journal.pone.0099991 . ПМК 4065011 . ПМИД 24949995.
^ abc Бурбон Х.М., Агилера А., Ансари А.З., Астуриас Ф.Дж., Берк А.Дж., Бьорклунд С. и др. (2004). «Единая номенклатура белковых субъединиц медиаторных комплексов, связывающих регуляторы транскрипции с РНК-полимеразой II». Молекулярная клетка . 14 (5): 553–7. doi : 10.1016/j.molcel.2004.05.011 . ПМИД 15175151.
^ Имена генов произошли от «UniProtKB» . Проверено 12 октября 2012 г.