Struttura di un nucleosoma

Nature Communications volume 13, numero articolo: 5075 (2022) Citare questo articolo

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I geni che codificano per il meccanismo del ciclo cellulare centrale sono regolati trascrizionalmente dalla famiglia di complessi proteici MuvB in modo specifico per il ciclo cellulare. I complessi di MuvB con i fattori di trascrizione B-MYB e FOXM1 attivano i geni mitotici durante la proliferazione cellulare. I meccanismi di regolazione trascrizionale da parte di questi complessi sono ancora scarsamente caratterizzati. Qui, combiniamo l'analisi biochimica e la ricostituzione in vitro, con l'analisi strutturale mediante microscopia crioelettronica e spettrometria di massa con reticolazione, per esaminare funzionalmente questi complessi. Troviamo che il complesso MuvB:B-MYB lega e rimodella i nucleosomi, esponendo così il DNA nucleosomiale. Questa attività di rimodellamento è supportata da B-MYB che lega direttamente il DNA rimodellato. Data l'attività di rimodellamento sul nucleosoma, proponiamo che il complesso MuvB:B-MYB funzioni come un complesso di fattori di trascrizione pionieristici. In questo lavoro, razionalizziamo precedenti studi biochimici e cellulari e forniamo un quadro molecolare di interazioni su un complesso proteico che è fondamentale per la regolazione del ciclo cellulare.

Durante il ciclo cellulare, una cellula replica il proprio genoma in due copie identiche e coordina la segregazione cromosomica con la divisione cellulare. La progressione ordinata attraverso le diverse fasi del ciclo cellulare si basa sull'oscillatore chinasi-ciclina ciclina-dipendente (CDK-ciclina) che innesca sequenzialmente le transizioni del ciclo cellulare mediante fosforilazione di bersagli specifici inclusi gli effettori a valle del ciclo cellulare. L'attività oscillante delle cicline CDK è ottenuta mediante l'ubiquitinazione, la fosforilazione e la regolazione trascrizionale delle proteine ​​specifiche del ciclo cellulare1,2.

La trascrizione dipendente dal ciclo cellulare dei geni del ciclo cellulare è controllata dalla famiglia MuvB di regolatori trascrizionali3,4,5. Il complesso centrale MuvB è costituito da una subunità principale di impalcatura chiamata LIN9, dalla proteina legante l'istone RbBP4, dalla proteina legante il DNA LIN54 e dalle subunità più piccole LIN37 e LIN526. Il dominio di legame del DNA di LIN54 recluta MuvB nei suoi geni bersaglio in una sequenza specifica denominata regione di omologia del ciclo cellulare (CHR)7,8. I promotori target di MuvB sono privi di TATA e il CHR è situato direttamente a monte del sito di inizio della trascrizione (TSS) e del nucleosoma +18,9. La presenza del nucleosoma +1 genera una barriera per l'assemblaggio dell'apparato trascrizionale basale10, e il suo posizionamento e la sua dinamica sono finemente regolati per definire lo stato trascrizionale di ciascun gene. Anche se i meccanismi di regolazione del nucleosoma +1 non sono completamente compresi e sono oggetto di intense ricerche11, la localizzazione del CHR e diversi studi7,9,12 suggeriscono che i complessi MuvB, che svolgono sia ruoli attivanti che repressivi, potrebbero essere coinvolti in questo processo.

Durante l'uscita del ciclo cellulare in quiescenza e senescenza, noto anche come G0, il complesso MuvB interagisce con una proteina simile al retinoblastoma, formando così il complesso DREAM3,4,13, che media la repressione trascrizionale di circa 1000 geni del ciclo cellulare6. Il riconoscimento dei geni bersaglio da parte del complesso DREAM è combinatorio, poiché comporta il legame di un CHR e di un elemento dipendente dal ciclo cellulare (CDE) a monte2,14,15.

Quando la cellula è impegnata a dividersi, la crescente attività delle cilindri D ed E CDK2 nella transizione G1-S promuove l'iperfosforilazione delle proteine ​​simili al retionoblastoma16,17, causando così il disassemblaggio di DREAM e il rientro nel ciclo cellulare16,18 ,19. Il restante complesso centrale MuvB legato al CHR si associa sequenzialmente ai fattori di trascrizione (TF) B-MYB e FOXM1 durante la fase S20. B-MYB e FOXM1 sono oncogeni e sono sovraespressi in diversi tipi di cancro21,22,23,24. L'assemblaggio sequenziale di B-MYB e FOXM1 sul complesso MuvB negli elementi CHR è necessario per innescare l'attivazione trascrizionale del programma del gene mitotico nella fase G220,25,26. È importante sottolineare che il complesso di B-MYB e MuvB (MMB) è richiesto per il reclutamento di FOXM1 nei geni del ciclo cellulare, pertanto B-MYB è stato definito come un TF pioniere per la trascrizione dipendente dal ciclo cellulare dei geni G2/M20,27.