289: 中介體（Mediator）

Author: David S. Goodsell Translator: 于 健（PDBj）

中介體, II，是由DNA 和一般轉錄因子組裝而成的轉錄前起始複合體。
中介體, II，是由DNA 和一般轉錄因子組裝而成的轉錄前起始複合體。 高質量的TIFF圖片可以從這裡獲得。

令人驚訝的是，我們的細胞只需要約2 000 種不同類型的蛋白質就能管理我們一生中所有的工作。當然，控制何時何地製造和使用這些蛋白質非常重要。例如，肌肉細胞有大量的（ myosin），神經細胞就有離子通道、轉運蛋白和受體的適當組合。這個選擇大多發生在轉錄（transcription）層面。細胞仔細控制信使RNA 分子（messenger RNA）何時被II（ RNA polymerase II）從特定的基因轉錄並用於建構蛋白質。目前有1600 多種不同的轉錄因子（transcription factor），它們是專門與DNA 側鏈結合的調節蛋白，共同決定何時進行轉錄，以及需要如何監控細胞的當前狀態和行為，並決定是否需要採取行動。一個由大約30 種不同蛋白質鏈組成的大型蛋白質複合體中介體（mediator）整合了這許多輸入訊息，並在體內需要特定蛋白質的地方和時間點調動II。

介紹

這裡顯示的結構來自於PDB 條目7enc，是一個準備開始轉錄的"轉錄前起始複合體"（pre-initiation complex）。此複合體包含真核生物的中介體和II，以及主要的，後者根據基因組中編碼的資訊製造傳輸的RNA。轉錄前起始複合體也包含一系列基本轉錄因子（general transcription factor，見下文）。這些轉錄因子執行識別基因轉錄起始點、分離DNA 雙螺旋的兩條鏈以及促進啟動轉錄等必要任務。然而，目前已知的中介體結構並未提供有關該複合體重要功能的資訊。中介體也與數百個其他轉錄因子相互作用，決定哪些基因需要轉錄。這些相互作用的結構細節在很大程度上仍然是一個謎。

遠距離互動

我們大多數的轉錄因子都與DNA中獨立於起始位點的調控區結合，這些調控區位於啟動子附近或DNA 中比啟動位點更遠的地方，如遠端增強子（distal enhancer element）元件。中介體與這些轉錄因子相互作用，有助於確定何時需要建立轉錄前起始複合物。這些相互作用中許多有趣的方面已經被發現。組成中介體的一些亞基對交互作用非常重要，特別是圖中右側分叉尾部的亞基。 中介體可在遠離目標基因組的調控位點與轉錄因子相互作用，為遠端增強子和轉錄前起始複合物搭橋。在使問題更加複雜的同時，越來越清楚的是，其中一些相互作用可能涉及中介體亞基或轉錄因子的基本非結構化區域，可能形成相分離的液滴，將中介體和調控蛋白結合在一起。

通用轉錄因子

從與上圖相反的一側觀察轉錄前起始複合體。圖中顯示了基本轉錄因子的位置。
從與上圖相反的一側觀察轉錄前起始複合體。圖中顯示了基本轉錄因子的位置。 高質量的TIFF圖片可以從這裡獲得。

此結構揭示了轉錄前起始複合體中接收的基本轉錄因子的排列。（TATA-binding protein，TBP，TFIID 的一部分）在啟動過程中起著核心作用，它與富含AT（腺嘌呤和胸腺嘧啶）的特徵序列結合，並充當使DNA 急劇彎曲的分子鞍；TFIIA 和TFIIB 與DNA 周圍的區域相互作用，並與TFIIF 轉錄因子、TFIIE、TFIIH 和其他TFIID 亞基一起為轉錄過程帶來額外的功能。特別是，TFIIH 的一部分是一個轉位酶（translocase），它能分離DNA 雙股，為轉錄做準備，而TFIIH 的CAK 模組能將一個磷酸基團添加到II 的長尾上，從而發出信號：是時候開始合成mRNA了。

搖擺尾巴

II 包含RPB1 的七個胺基酸序列，以紅色和紫色顯示。
II 包含RPB1 的七個胺基酸序列，以紅色和紫色顯示。 高質量的TIFF圖片可以從這裡獲得。

II 中最大的亞基被稱為RPB1，它的尾巴很長，但沒有折疊結構（此處顯示的是PDB 條目5iyd與計算結構模型AF-AFP24928F1 ）。該蛋白質在一個富含絲氨酸的特徵性蛋白質序列（7 個氨基酸的重複序列，稱為七聯重複）中重複了52 次。在每個重複序列中，第五個絲胺酸被TFIIH 的CAK 模組磷酸化。當尾部高度磷酸化時， 中介體和II 之間的相互作用就會減弱，使II 能夠進行mRNA 合成。磷酸化的鏈還能吸引构建不寻常化学帽的酶，進而保護mRNA 的前端不被降解。

探索結構

中介體的靈活性

顯示方式: 静止图像

若要切換到有互動控制的頁面，請點擊圖表下方的按鈕。如果載入沒有開始，請嘗試點擊圖表。

中介體的作用是整合調控訊號，它必須與許多不同的蛋白質相互作用。為了實現這一目標，中介體必須靈活地滿足其不同夥伴的結構需求；透過比較以下三種不同的結構，我們可以看到其中的一些靈活性：這裡顯示的是PDB 條目6w1s和7enj，其中包含單獨中介體的結構，以及來自PDB 條目7lbm的轉錄預起始複合物。對這些結構的進一步研究表明，中介體蛋白的許多部分都沒有包括在結構中。據認為，這些部分本質上是無序的，因此可以自由地與它們周圍的任何夥伴發生相互作用。點擊圖表底部的按鈕，切換到互動式可操作圖像，仔細觀察這些結構。

進一步的討論議題

  1. 附近的可能對中介體的控製作用也很重要，可在PDB 條目8gxs中查看。
  2. RCSB PDB 的"蛋白質特徵視圖"（Protein Feature View）可用於尋找鏈中尚未解析的原子結構的部分。例如，如果您查看RPB 鏈的末端，您可以看到重複的七聯序列YSPTSPS。

參考文獻

  1. Malik, S., Roeder, R. G. 2023 Regulation of RNA polymerase II pre-initiation complex by its associated coactivators. Nat Rev Genetics 24 767-782
  2. Richter, W. F., Nayak, S., Iwasa, J., Taatjes, D. J. 2022 The Mediator complex as a master regulator of transcription by RNA polymerase II. Nat Rev Mol Cell Biol 23 732-749
  3. 7lbm Abdella, R., Talyzina, A., Chen, S., Inouye, C.J., Tjian, R., He, Y. 2021 Structure of the human Mediator-bound transcription preinitiation complex. Science 372 52-56
  4. 7enc, 7enj Chen, X., Yin, X., Li, J., Wu, Z., Qi, Y., Wang, X., Liu, W., Xu, Y. 2021 Structures of the human Mediator and Mediator-bound preinitiation complex. Science 372 eabg0635
  5. 6w1s El Khattabi, L., Zhao, H., Kalchschmidt, J., Young, N., Jung, S., Van Blerkom, P., Kieffer-Kwon, P., Kieffer-Kwon, K.R., Park, S., Wang, X., Krebs, J., Tripathi, S., Sakabe, N., Sobreira, D.R., Huang, S.C., Rao, S.S.P., Pruett, N., Chauss, D., Sadler, E., Lopez, A., Nobrega, M.A., Aiden, E.L., Asturias, F.J., Casellas, R. 2019 A pliable Mediator acts as a functional rather than an architectural bridge between promoters and enhancers. Cell 178 1145-1158.e20
  6. Lambert, S. A., Jolma, A., Campitelli, L. F., Das, P. K., Yin, Y., Albu, M., Chen, X., Taipale, J., Hughes, T. R., Weirauch, M. T. 2018 The human transcription factors. Cell 172 650-665
  7. 5iyd He, Y., Yan, C., Fang, J., Inouye, C., Tjian, R., Ivanov, I., Nogales, E. 2016 Near-atomic resolution visualization of human transcription promoter opening. Nature 533 359-365

本文是由RCSB PDB的PDB-101提供的《當月的分子》2024年1月的文章的中文翻譯。請參考我們的條款和條件頁面。

	{
    "header": {
        "minimamHeightScale": 1.0,
        "scalingAnimSec": 0.3
    },
    "src": {
        "spacer": "/share/im/ui_spacer.png",
        "dummy": "/share/im/ui_dummy.png"
    },
    "spacer": "/share/im/ui_spacer.png"
}