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:
    10798575
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 13.75万
  • 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 2025-04-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

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.
概括 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 研究为在不同阶段提供RNA聚合酶的结构做出了重大贡献 转录周期。在接下来的五年中,我们将继续研究细菌的转录机械 和古细菌提供有关转录基本机制的见解,这是由细菌保守的 对人类。 在过去的20年中,X射线晶体学在结构生物学中发挥了重要作用 RNA聚合酶并揭示了许多重要的结构。 RNA聚合酶在明显的阶段 转录周期的主流通常被称为RNA聚合酶核心酶,全酶,开放式酶 具有强启动子,转录启动和伸长复合物的复合物。这些结构已经 由于其稳定的本质,其特征很好。细胞RNA聚合酶结构生物学的挑战 是为了可视化RNA聚合酶与其他调节因子和配体的瞬时相互作用 在主流或从转录主流的分支途径中的每个明显阶段之间 循环。由于它们难以捉摸的本质,这种大分子组件的结晶一直是瓶颈,并且 因此,X射线晶体学限制了方法。 在过去的几年中,由冷冻电子确定的大分子结构的分辨率 由于多个技术进步,显微镜(Cryo-EM)已大大改善,使我们能够可视化 大分子复合物的异质和大组装。我们将使用结构生物学方法 包括冷冻EM和X射线晶体学以及其他生化方法可视化这些方法 瞬态相互作用并研究它们对转录过程的影响。我们研究的主要目标是:1) 大肠杆菌RNA聚合酶与DKSA/PPGPP之间的相互作用,以进行转录调节。 严格的响应; 2)细菌RNA聚合酶与ATP依赖性运动酶之间的相互作用 在转录周期结束时营救停滞的RNA聚合酶; 3)古细菌之间的相互作用 RNA聚合酶和ATP依赖性转录终止因子ETA,用于破坏失速转录 伸长络合物启动转录耦合的DNA修复。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Watching the bacterial RNA polymerase transcription reaction by time-dependent soak-trigger-freeze X-ray crystallography.
  • DOI:
    10.1016/bs.enz.2021.06.009
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Shin Y;Murakami KS
  • 通讯作者:
    Murakami KS
Identification of SARS-CoV-2 inhibitors targeting Mpro and PLpro using in-cell-protease assay.
  • DOI:
    10.1038/s42003-022-03090-9
  • 发表时间:
    2022-02-25
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.9
  • 作者:
    Narayanan A;Narwal M;Majowicz SA;Varricchio C;Toner SA;Ballatore C;Brancale A;Murakami KS;Jose J
  • 通讯作者:
    Jose J
Mycobacterial HelD is a nucleic acids-clearing factor for RNA polymerase.
  • DOI:
    10.1038/s41467-020-20158-4
  • 发表时间:
    2020-12-18
  • 期刊:
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Kouba T;Koval' T;Sudzinová P;Pospíšil J;Brezovská B;Hnilicová J;Šanderová H;Janoušková M;Šiková M;Halada P;Sýkora M;Barvík I;Nováček J;Trundová M;Dušková J;Skálová T;Chon U;Murakami KS;Dohnálek J;Krásný L
  • 通讯作者:
    Krásný L
The mechanism of the nucleo-sugar selection by multi-subunit RNA polymerases.
  • DOI:
    10.1038/s41467-021-21005-w
  • 发表时间:
    2021-02-04
  • 期刊:
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Mäkinen JJ;Shin Y;Vieras E;Virta P;Metsä-Ketelä M;Murakami KS;Belogurov GA
  • 通讯作者:
    Belogurov GA
Programmable RNA targeting by bacterial Argonaute nucleases with unconventional guide binding and cleavage specificity.
  • DOI:
    10.1038/s41467-022-32079-5
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 作者:
    Lisitskaya, Lidiya;Shin, Yeonoh;Agapov, Aleksei;Olina, Anna;Kropocheva, Ekaterina;Ryazansky, Sergei;Aravin, Alexei A.;Esyunina, Daria;Murakami, Katsuhiko S.;Kulbachinskiy, Andrey
  • 通讯作者:
    Kulbachinskiy, Andrey
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