Forskare vid EPFL och Max Plank har gjort betydande upptäckter om hur utvecklingsgener styrs av metyltransferasenzymet PRC2. Studien publiceras i Naturens strukturella och molekylära biologi .

Polycomb repressive complex 2 (PRC2) är en del av ett större system av proteiner som arbetar tillsammans för att undertrycka uttrycket av utvecklingsgener. PRC2 gör detta genom att lägga till upp till tre metylgrupper till en specifik lysinaminosyra (lysin 27) av histon H3-proteinet. Trimetylering (tre metylgrupper) av lysin 27 i synnerhet är viktig, som stänger av uttrycket av specifika gener under utveckling.

Sådan genrepression kräver en hög koncentration av lysin 27-trimetylering inom definierade kromatinregioner (DNA lindat runt histoner), eftersom mutationer som förhindrar denna process resulterar i utvecklingsdefekter eller cancer. För maximal aktivitet, PRC2 behöver ytterligare "tillbehörsfaktorer", som varierar mellan arterna. I människor, en huvudtillbehörsfaktor är PHF1.

Nu, labbet av Beat Fierz vid EPFL och Jürg Muller vid MPI kombinerad kemisk biologi, biofysik, och strukturella studier för att identifiera mekanismen genom vilken PHF1 ökar aktiviteten av PRC2-enzymet.

Forskarna använde enkelmolekylär fluorescensavbildning för att direkt observera mänskliga PHF1-PRC2-komplex som interagerar med syntetiska kromatinfibrer i realtid. Dessa experiment avslöjade att PHF1-proteiner förankrar PRC2 på kromatin, öka sin lokala aktivitet.

Strukturanalys visade att PHF1 innehåller en tidigare okänd DNA-bindande domän vars interaktioner med det nukleosomala DNA:t är avgörande för att förankra PRC2 till kromatin och för att öka dess aktivitet. Väsentligen, denna DNA-bindande domän är nyckeln till effektiv genreglering över olika arter. Som författarna skriver:"...en stor del av bindningsaffiniteten för PRC2 för nukleosomer kommer från interaktioner av komplexet med DNA."

Författarna drar tre slutsatser från resultaten:För det första, att bindningsaffiniteten för PRC2 för kromatinsubstrat bestäms av dess interaktioner med DNA. Andra, att ökad förankring av PRC2 till kromatin via PHF1 beror på en nyligen identifierad strukturell enhet i PHF1. Och för det tredje, att stabila PRC2-kromatininteraktioner, förmedlad av PHF1, är nyckeln för ökad lysintrimetylering i kromatin - och därmed för genrepression.

"Vi är glada över förmågan att kombinera kemi och bildbehandling för att observera grundläggande molekylära processer på enmolekylär skala och i realtid, " säger Beat Fierz. "Dessa tillvägagångssätt ger verkligen nya vägar för att förstå biologi med kemisk precision, som visas här för PRC2-beroende genreglering."