Medlare (coactivator)

Diagram över mediator med cyklinberoende kinasmodul

Mediator är ett multiproteinkomplex som fungerar som en transkriptionell koaktivator i alla eukaryoter . Den upptäcktes 1990 i labbet av Roger D. Kornberg , mottagare av 2006 års Nobelpris i kemi . Mediatorkomplex interagerar med transkriptionsfaktorer och RNA-polymeras II . Huvudfunktionen hos mediatorkomplex är att överföra signaler från transkriptionsfaktorerna till polymeraset.

Mediatorkomplex är variabla på evolutionär, kompositions- och konformationsnivå. Den första bilden visar bara en "ögonblicksbild" av vad ett visst mediatorkomplex kan bestå av, men den visar verkligen inte exakt strukturen av komplexet in vivo . Under evolutionen har mediator blivit mer komplex. Jästen Saccharomyces cerevisiae (en enkel eukaryot ) tros ha upp till 21 subenheter i kärnmediatorn (exklusive CDK-modulen), medan däggdjur har upp till 26.

Enskilda subenheter kan saknas eller ersättas av andra subenheter under olika förhållanden. Det finns också många i sig oordnade regioner i mediatorproteiner, vilket kan bidra till den konformationella flexibiliteten som ses både med och utan andra bundna proteiner eller proteinkomplex. En mer realistisk modell av ett medlarkomplex utan CDK-modulen visas i den andra figuren.

Mediatorkomplexet krävs för framgångsrik transkription av RNA-polymeras II. Mediator har visat sig skapa kontakter med polymeraset i transkriptionspreinitieringskomplexet . En ny modell som visar associeringen av polymeraset med mediatorn i frånvaro av DNA visas i figuren till vänster. Förutom RNA-polymeras II måste mediatorn också associeras med transkriptionsfaktorer och DNA. En modell av sådana interaktioner visas i figuren till höger. Observera att mediatorns olika morfologier inte nödvändigtvis betyder att en av modellerna är korrekt; snarare kan dessa skillnader återspegla mediatorns flexibilitet då den interagerar med andra molekyler. Till exempel, efter bindning av förstärkaren och kärnpromotorn, genomgår mediatorkomplexet en sammansättningsförändring i vilken kinasmodulen dissocierar från komplexet för att tillåta association med RNA-polymeras II och transkriptionell aktivering.

Mediatorkomplexet är beläget i cellkärnan . Det krävs för framgångsrik transkription av nästan alla klass II-genpromotorer i jäst. Det fungerar på samma sätt hos däggdjur. Mediatorn fungerar som en koaktivator och binder till den C-terminala domänen av RNA-polymeras II- holoenzym , och fungerar som en brygga mellan detta enzym och transkriptionsfaktorer .

Strukturera

Mediator komplex arkitektur med fokus på den oordnade "spline" i Med 14

Jästmediatorkomplexet är ungefär lika massivt som en liten subenhet av en eukaryot ribosom . Jästmediatorn är sammansatt av 25 subenheter, medan däggdjursmediatorkomplexen är något större. Mediator kan delas in i fyra huvuddelar: huvudet, mitten, svansen och den övergående associerade CDK8 kinasmodulen.

Mediatorsubenheter har många i sig oordnade regioner som kallas "splines", vilket kan vara viktigt för att tillåta de strukturella förändringarna av mediatorn som förändrar komplexets funktion. Figuren visar hur splinesen i Med 14-subenheten förbinder en stor del av komplexet samtidigt som de fortfarande tillåter flexibilitet.

Mediatorkomplex som saknar en subenhet har hittats eller producerats. Dessa mindre förmedlare kan fortfarande fungera normalt i vissa aktiviteter, men saknar andra förmågor. Detta indikerar en något oberoende funktion hos några av underenheterna samtidigt som de är en del av det större komplexet.

Ett annat exempel på strukturell variabilitet ses hos ryggradsdjur, i vilka 3 paraloger av subenheter av den cyklinberoende kinasmodulen har utvecklats genom 3 oberoende gendupliceringshändelser följt av sekvensdivergens.

Förmedlare strukturell modell

Det finns en rapport om att mediator bildar stabila associationer med en speciell typ av icke-kodande RNA, ncRNA-a. Dessa stabila associationer har också visat sig reglera genuttryck in vivo och förhindras av mutationer i MED12 som producerar den mänskliga sjukdomen FG-syndrom . Således kan strukturen av ett mediatorkomplex förstärkas av RNA såväl som proteinhaltiga transkriptionsfaktorer.

Fungera

Strukturell modell av svansen och mitten av mediator bunden till RNA-polymeras II

Mediator upptäcktes ursprungligen eftersom den var viktig för RNA-polymeras II-funktionen, men den har många fler funktioner än bara interaktioner vid transkriptionsstartstället.

RNA-polymeras II-Mediator kärninitieringskomplex

Mediator är en avgörande komponent för transkriptionsinitiering. Mediator interagerar med förinitieringskomplexet, som består av RNA-polymeras II och allmänna transkriptionsfaktorer TFIIB, TFIID, TFIIE, TFIIF och TFIIH för att stabilisera och initiera transkription. Studier av Mediator-RNA Pol II-kontakter i spirande jäst har betonat vikten av TFIIB-Mediator-kontakter i bildningen av komplexet. Interaktioner mellan Mediator och TFIID i initieringskomplexet har visats.

Strukturen för en kärnmediator (cMed) som är associerad med ett kärnförinitieringskomplex klargjordes.

RNA-syntes

Preinitieringskomplexet, som innehåller mediator, transkriptionsfaktorer, en nukleosom och RNA-polymeras II, är viktigt för att positionera polymeraset för starten av transkriptionen. Innan RNA-syntes kan ske måste polymeraset dissocieras från mediatorn. Detta verkar åstadkommas genom fosforylering av en del av polymeraset med ett kinas. Viktigt är att mediator- och transkriptionsfaktorer inte dissocierar från DNA:t vid den tidpunkt då polymeraset börjar transkriptionen. Snarare förblir komplexet vid promotorn för att rekrytera ett annat RNA-polymeras för att påbörja ytterligare en omgång av transkription.

Det finns vissa bevis som tyder på att mediator i en jäst är involverad i reglering av RNA-polymeras III (Pol III) transkript av tRNA Som stöd för detta bevis visade en oberoende rapport specifik association av mediator med Pol III i Saccharomyces cerevisiae . Dessa författare rapporterade också specifika associationer med RNA-polymeras I och proteiner involverade i transkriptionsförlängning och RNA-bearbetning, vilket stöder andra bevis på mediators inblandning i förlängning och bearbetning.

Kromatinorganisation

Mediator är involverad i "looping" av kromatin , vilket bringar avlägsna regioner av en kromosom närmare fysisk närhet. Ovannämnda ncRNA-a är involverad i sådan looping. Enhancer-RNA (eRNA) kan fungera på liknande sätt.

Förutom looping av eukromatin , verkar mediator vara involverad i bildning eller underhåll av heterokromatin vid centromerer och telomerer .

Signaltransduktion

TGFβ-signalering vid cellmembranet resulterar i 2 olika intracellulära vägar . En av dem är beroende av MED15, medan den andra är oberoende av MED15. I både mänskliga celler och Caenorhabditis elegans är MED15 involverat i lipidhomeostas genom vägen som involverar SREBP . I modellväxten Arabidopsis thaliana krävs ortologen av MED15 för signalering av växthormonet Salicylsyra , medan MED25 krävs för transkriptionell aktivering av jasmonat och skuggsignaleringssvar. Två komponenter i CDK-modulen (MED12 och MED13) är involverade i Wnt-signalvägen MED23 är involverad i RAS / MAPK/ERK-vägen. Denna förkortade granskning visar mångsidigheten hos individuella mediatorsubenheter och leder till idén att mediator är en slut- punkt för signalvägar.

Människans sjukdom

Medlarens inblandning i olika mänskliga sjukdomar har granskats. Eftersom inhibering av en interaktion av en sjukdomsframkallande signalväg med en subenhet av mediator kanske inte hämmar allmän transkription som behövs för normal funktion, är mediatorsubenheter attraktiva kandidater för terapeutiska läkemedel.

Interaktioner

Mediator interactome i Saccharomyces cerevisiae

En metod som använder mycket skonsam cellys i jäst följt av samtidig immunoprecipitation med en antikropp mot en mediatorsubenhet (Med 17) har bekräftat nästan alla tidigare rapporterade eller förutspådda interaktioner och avslöjat många tidigare oanade specifika interaktioner av olika proteiner med mediator.

MED 1

Interaktionsnätverket för MED1-protein från BioPlex 2.0

En diskussion om alla medlarunderenheter ligger utanför ramen för den här artikeln, men detaljer om en av underenheterna är illustrativa för de typer av information som kan samlas in för andra underenheter.

reglering av mikro-RNA

Mikro-RNA är involverade i att reglera uttrycket av många proteiner. Med1 riktas mot miR-1, vilket är viktigt för genreglering i cancer. Tumörsuppressorn miR-137 reglerar också MED1 .

Möss embryonal utveckling

Nullmutanter dör vid tidig graviditetsålder (embryonal dag 11,5). Genom att undersöka hypomorfa mutanter (som kan överleva 2 dagar längre) fann man att placentadefekter i första hand var dödliga och att det också fanns defekter i hjärt- och leverutvecklingen, men många andra organ var normala

Musceller och vävnader

En mediatormutation orsakar håriga tänder hos möss

Villkorade mutationer kan produceras i möss som endast påverkar specifika celler eller vävnader vid specifika tidpunkter, så att musen kan utvecklas till vuxen ålder och den vuxna fenotypen kan studeras. I ett fall visade sig MED1 delta i att kontrollera tidpunkten för händelser av meios hos hanmöss. Villkorade mutanter i keratinocyter visar skillnader i hudsårläkning. En villkorad mutant hos möss visade sig ändra tandepitel till epidermalt epitel , vilket fick hår att växa i samband med framtänderna.

Subenhetssammansättning

Mediatorkomplexet består av minst 31 subenheter i alla studerade eukaryoter: MED1 , MED4 , MED6 , MED7 , MED8 , MED9 , MED10 , MED11 , MED12 , MED13 , MED13L , MED14 , MED15 , MED16 , MED17 , MED1 , MED1 , MED1 , MED1 MED21 , MED22 , MED23 , MED24 , MED25 , MED26 , MED27 , MED28 , MED29 , MED30 , MED31 , CCNC och CDK8 . Det finns tre svampspecifika komponenter, kallade Med2, Med3 och Med5.

Subenheterna bildar åtminstone tre strukturellt distinkta submoduler. Huvudet och mittmodulerna interagerar direkt med RNA-polymeras II, medan den förlängda svansmodulen interagerar med genspecifika regulatoriska proteiner . Mediator som innehåller CDK8-modulen är mindre aktiv än Mediator som saknar denna modul för att stödja transkriptionsaktivering .

• Huvudmodulen innehåller: MED6, MED8, MED11, SRB4/MED17, SRB5/MED18, ROX3/MED19, SRB2/MED20 och SRB6/MED22.
• Mittmodulen innehåller: MED1, MED4, NUT1/MED5, MED7, CSE2/MED9, NUT2/MED10, SRB7/MED21 och SOH1/MED31. CSE2/MED9 interagerar direkt med MED4.
• Svansmodulen innehåller: MED2, PGD1/MED3, RGR1/MED14, GAL11/MED15 och SIN4/MED16.
• CDK8-modulen innehåller: MED12, MED13, CCNC och CDK8. Individuella preparat av mediatorkomplexet som saknar en eller flera distinkta subenheter har på olika sätt benämnts ARC, CRSP, DRIP, PC2, SMCC och TRAP.

Hos andra arter

Nedan är en jämförelse mellan olika arter av mediatorkomplexa subenheter.

Underenhet nr.	Human gen	C. elegans gen	D. melanogaster -genen	S. cerevisiae -genen	Sch. pombe -genen
MED1	MED1	Sop3/mdt-1.1, 1.2	MED1	MED1	med1
Med2				MED2
Med3				PGD1
MED4	MED4		MED4	MED4	med4
Med5				NUT1
MED6	MED6	MDT-6	MED6	MED6	med6
MED7	MED7	MDT-7/let-49	MED7	MED7	med7
MED8	MED8	MDT-8	MED8	MED8	med8
MED9	MED9		MED9	CSE2
MED10	MED10	MDT-10		NUT2	med10
MED11	MED11	MDT-11	MED11	MED11	med11
MED12	MED12	MDT-12/dpy-22	MED12	SRB8	srb8
MED12L	MED12L
MED13	MED13	MDT-13/let-19	MED13	SSN2	srb9
MED14	MED14	MDT-14/rgr-1	MED14	RGR1	med14
MED15	MED15	mdt-15	MED15	GAL11	YN91_SCHPO
MED16	MED16		MED16	SIN4
MED17	MED17	MDT-17	MED17	SRB4	med17
MED18	MED18	MDT-18	MED18	SRB5	med18
MED19	MED19	MDT-19	MED19	ROX3	med19
MED20	MED20	MDT-20	MED20	SRB2	med20
MED21	MED21	MDT-21	MED21	SRB7	med21
MED22	MED22	MDT-22	MED22	SRB6	med22
MED23	MED23	MDT-23/sur-2	MED23
MED24	MED24		MED24
MED25	MED25		MED25
MED26	MED26		MED26
MED27	MED27		MED27		med27
MED28	MED28		MED28
MED29	MED29	MDT-19	MED29
MED30	MED30		MED30
MED31	MED31	MDT-31	MED31	SOH1	med31
CCNC	CCNC	cic-1	CycC	SSN8	pch1
CDK8	CDK8	cdk-8	Cdk8	SSN3	srb10