Structural study of direct associations between cellular RNA polymerase and regulatory factors during the transcription cycle

转录周期中细胞 RNA 聚合酶与调节因子之间直接关联的结构研究

基本信息

  • 批准号:
    10388197
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 38.8万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-07-01 至 2024-04-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary The long-term goal of our research is to understand transcription mechanisms of cellular RNA polymerase. Our research has made major contributions to provide structures of RNA polymerase at the different stage of transcription cycle. During the next five years, we will continue to study the transcription machinery in bacteria and archaea to provide insights of the fundamental mechanism of transcription, which is conserved from bacteria to human. Over the last 20 years, X-ray crystallography has been playing a major role in the structural biology of RNA polymerase and revealed many important structures. RNA polymerases at evident stages in the mainstream of the transcription cycle are often referred to RNA polymerase core enzyme, holoenzymes, open complex with a strong promoter, transcription initiation and elongation complexes. These structures have been well characterized due to their stable natures. A challenge in the structural biology of cellular RNA polymerase is to visualize transient interactions of RNA polymerase with other regulatory factors and ligands that occur in between each evident stage in the mainstream or at the branched pathways from the mainstream of transcription cycle. Due to their elusive natures, crystallization of such macromolecular assemblies has been a bottleneck and thus limited the approach by X-ray crystallography. In the last couple of years, the resolution of macromolecular structures determined by cryo-electron microscopy (cryo-EM) has been drastically improved due to multiple technical advances, allowing us to visualize heterogenous and large assembly of macromolecular complexes. We will use structural biology methods including both cryo-EM and X-ray crystallography together with other biochemical approaches to visualize these transient interactions and investigate their effects for transcription process. Major targets of our study are: 1) the interaction between the Escherichia coli RNA polymerase and DksA/ppGpp for transcription regulation during the stringent response; 2) the interaction between bacterial RNA polymerase and ATP-dependent motor enzyme for rescuing stalled RNA polymerase at the end of transcription cycle; and 3) the interaction between archaeal RNA polymerase and ATP-dependent transcription termination factor Eta for disrupting a stalled transcription elongation complex to initiate the transcription-coupled DNA repair.
项目概要 我们研究的长期目标是了解细胞 RNA 聚合酶的转录机制。 我们的研究为提供不同阶段RNA聚合酶的结构做出了重大贡献 转录周期。未来五年,我们将继续研究转录机制 细菌和古细菌提供了对保守转录基本机制的见解 从细菌到人类。 过去 20 年来,X 射线晶体学在 RNA 结构生物学中发挥着重要作用 聚合酶并揭示了许多重要的结构。 RNA聚合酶处于主流阶段 转录周期的组成部分通常被称为RNA聚合酶核心酶、全酶、开放复合物 具有强启动子、转录起始和延伸复合物。这些结构已经很好 因其性质稳定而具有特点。细胞 RNA 聚合酶结构生物学的一个挑战是 可视化 RNA 聚合酶与其他调节因子和配体发生的瞬时相互作用 在主流的每个明显阶段之间或在主流的分支路径上 转录周期。由于其难以捉摸的性质,此类大分子组装体的结晶已 一直是一个瓶颈,因此限制了 X 射线晶体学的方法。 在过去的几年里,通过冷冻电子测定大分子结构的分辨率 由于多项技术进步,显微镜(冷冻电镜)得到了极大的改进,使我们能够 可视化大分子复合物的异质和大型组装。我们将使用结构生物学 方法包括冷冻电镜和 X 射线晶体学以及其他生化方法 可视化这些短暂的相互作用并研究它们对转录过程的影响。主要目标 我们的研究是: 1) 大肠杆菌 RNA 聚合酶和 DksA/ppGpp 之间的相互作用 严格反应期间的转录调控; 2)细菌RNA聚合酶之间的相互作用 ATP 依赖性运动酶,用于在转录周期结束时挽救停滞的 RNA 聚合酶; 3) 古菌 RNA 聚合酶与 ATP 依赖性转录终止之间的相互作用 因子 Eta 用于破坏停滞的转录延伸复合物以启动转录偶联 DNA 维修。

项目成果

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