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Une nouvelle étude révèle comment l’ARN polymérase ouvre la bulle de transcription en temps réel

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Une nouvelle étude révèle comment l’ARN polymérase ouvre la bulle de transcription en temps réel

Chaque cellule vivante copie l’ADN en ARN. Ce processus commence lorsqu’une enzyme appelée ARN polymérase (RNAP) se scinde à l’ADN. En quelques centaines de millisecondes, la double hélice d’ADN se déplie pour former un nœud appelé bulle de transcription, de sorte que le brin d’ADN exposé puisse être copié dans un brin d’ARN complémentaire.

La manière dont le RNAP parvient à cet exploit est largement inconnue. Prendre une photo du RNAP alors que cette bulle est ouverte fournirait une mine d’informations, mais le processus se déroule trop rapidement pour que la technologie actuelle puisse facilement capturer des visualisations de ces structures. Aujourd’hui, une nouvelle étude a été menée… Nature, biologie structurale et moléculaire E. coli RNAP décrit le processus d’ouverture de la bulle de transcription.

Les résultats, capturés dans les 500 millisecondes suivant le mélange du RNAP avec l’ADN, mettent en lumière les mécanismes fondamentaux de la transcription et répondent à des questions de longue date sur le mécanisme d’initiation et l’importance de ses différentes étapes.

C’est la première fois que quelqu’un est capable de capturer des complexes de copies temporaires au fur et à mesure qu’ils se forment en temps réel. Comprendre ce processus est crucial, car il s’agit d’une étape clé de régulation de l’expression des gènes.


Ruth Secker, première auteure, est spécialiste de recherche au laboratoire de Seth Darst à Rockefeller.

Une vision inédite

Darst a été le premier à décrire la structure du RNAP bactérien, et essayer d’en extraire des détails est resté une priorité majeure de son laboratoire. Alors que des décennies de travail ont démontré que la liaison du RNAP à une séquence d’ADN spécifique déclenche une série d’étapes qui ouvrent la bulle, la manière dont le RNAP sépare les brins et place un seul brin dans son site actif fait encore l’objet de vifs débats.

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Les premiers travaux dans ce domaine suggèrent que l’ouverture des bulles agit comme un facteur de ralentissement critique du processus, déterminant la rapidité avec laquelle le RNAP passe à la synthèse de l’ARN. Des découvertes ultérieures dans ce domaine ont remis en question ce point de vue, et plusieurs théories ont émergé sur la nature de cette étape limitante. « Nous savons grâce à d’autres techniques biologiques que lorsque le RNAP rencontre l’ADN pour la première fois, il produit un ensemble d’intermédiaires hautement régulés », explique le co-auteur Andreas Müller, chercheur postdoctoral au laboratoire. « Moins d’une seconde, et nous n’avons pas pu capturer les structures en si peu de temps. »

Pour mieux comprendre ces intermédiaires, l’équipe a collaboré avec des collègues du New York Center for Structural Biology, qui ont développé un système automatisé à jet d’encre capable de préparer rapidement des échantillons biologiques pour une analyse par microscopie électronique cryogénique. Grâce à ce partenariat, l’équipe a pu capturer les composés qui se forment au cours des 100 à 500 premières millisecondes de recombinaison d’ARN, ce qui a permis d’obtenir des images de quatre intermédiaires distincts avec suffisamment de détails pour permettre l’analyse.

Pour la première fois, une image claire a été obtenue des changements structurels et des intermédiaires qui se forment au cours des étapes initiales de la liaison de l’ARN polymérase à l’ADN. « La technologie était très importante pour cette expérience », explique Saker. « Sans la possibilité de mélanger rapidement l’ADN et l’ARN polymérase et d’en prendre une photo en temps réel, ces résultats n’existeraient pas. »

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Mettez-vous dans la bonne position

Après avoir examiné ces images, l’équipe a pu cartographier une séquence d’événements montrant comment la protéine RNAP interagit avec les brins d’ADN lors de leur séparation, avec des niveaux de détail sans précédent. Au fur et à mesure que l’ADN se déroule, la protéine RNAP saisit progressivement l’un des brins d’ADN pour empêcher la double hélice de se rejoindre. Chaque nouvelle interaction provoque un changement de forme de la protéine RNAP, permettant ainsi la formation de davantage de liaisons entre la protéine et l’ADN. Cela implique d’expulser une partie de la protéine qui empêche l’ADN de pénétrer dans le site actif de la protéine RNAP. Ainsi, une bulle de copie stable se forme.

L’équipe suggère que l’étape limitante de la transcription pourrait être le placement du brin matrice d’ADN dans le site actif de l’enzyme RNAP. Cette étape implique de surmonter d’importantes barrières énergétiques et de réorganiser plusieurs composants. Les recherches futures visent à confirmer cette nouvelle hypothèse et à explorer d’autres étapes de la transcription.

« Nous n’avons examiné que les premières étapes de cette étude », explique Müller. « Nous espérons ensuite examiner d’autres complexes, des points temporels ultérieurs et des étapes supplémentaires dans le cycle de transcription. »

Loin de résoudre des théories contradictoires sur la façon dont les brins d’ADN sont capturés, ces résultats mettent en évidence la valeur de la nouvelle méthode, qui peut capturer en temps réel les événements moléculaires qui se produisent en quelques millisecondes. Cette technologie permettra davantage d’études de ce type, aidant ainsi les scientifiques à visualiser les interactions dynamiques dans les systèmes biologiques.

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« Si nous voulons comprendre l’un des processus les plus fondamentaux de la vie, que toutes les cellules exécutent, nous devons comprendre comment sa progression et sa vitesse sont régulées », explique Darst. « Une fois que nous le saurons, nous aurons une idée plus claire de la façon dont cela se produit. la transcription est initiée.

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Un chercheur développe une méthode pour convertir la chaleur en énergie pour les engins spatiaux

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Un chercheur développe une méthode pour convertir la chaleur en énergie pour les engins spatiaux

La source d’énergie développée par Yi Cheng, professeur à la Northeastern University, utilisera la chaleur perdue générée par les équipements spatiaux et la lumière du soleil qui n’atteint pas la Terre.

Le tir à la tête de Ye Cheng.
Yi Cheng, professeur adjoint de génie mécanique et industriel, mène des recherches sur le toit de Snell Engineering le 7 juin 2021. Photo : Robbie Wallau/Northeastern University

Un chercheur de la Northeastern University développe un dispositif qui capte la chaleur perdue des équipements spatiaux et la lumière solaire réfléchie et la transforme en source d’énergie pour les vaisseaux spatiaux et les rovers martiens de l’US Air Force.

« Même si cela ne peut fournir que 10 à 15 % d’énergie de secours pour l’électronique, nous pouvons prolonger la durée de vie de l’électronique et du vaisseau spatial », dit-il. Yi Chengprofesseur agrégé de génie mécanique et industriel et directeur du Nanoscale Energy Laboratory de Northeastern.

Cheng travaillera sur le dispositif thermique en collaboration avec Faraday Technology, une société basée dans l’Ohio spécialisée dans le développement de technologies d’ingénierie électrochimique appliquée pour le gouvernement américain et les clients commerciaux.

« Notre objectif est de concevoir un absorbeur et un émetteur thermique hautes performances capables d’absorber, de convertir et d’émettre de l’énergie à la longueur d’onde souhaitée », explique Cheng.

Il affirme que cette technologie serait adaptée aux voyages spatiaux à court et à long terme, notamment à une utilisation sur la Lune, sur Mars ou même sur des satellites lancés depuis notre galaxie.

Au cours des dernières années, Cheng a développé des matériaux pour la récupération et le stockage de l’énergie, les déchets d’énergie et les nanomatériaux.

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Il affirme que la principale source d’énergie dans l’espace est généralement le soleil, avec des panneaux solaires haute performance convertissant la lumière du soleil en énergie pour alimenter les équipements spatiaux.

La source d’énergie développée par Cheng utilisera la chaleur perdue générée par les équipements spatiaux et dissipée dans l’espace, ainsi que la lumière du soleil qui n’atteint pas la Terre et est réfléchie par l’atmosphère.

Cheng affirme que les engins spatiaux et les équipements spatiaux doivent fonctionner dans des conditions extrêmes : des températures extrêmement basses (généralement moins 554 degrés Celsius ou moins 270 degrés Celsius) et un vide quasi total. De plus, la conduite d’engins spatiaux nécessite des ressources énergétiques.

« Nous ne pouvons pas simplement libérer un autre réservoir d’oxygène [for example] « Pour voyager, explique Cheng.

Les appareils électroniques fonctionnant sur des vaisseaux spatiaux ou sur des surfaces à haute température produiront un rayonnement thermique, ou lumière infrarouge, invisible à l’œil nu mais pouvant être détecté comme une sensation de chaleur sur la peau, explique Cheng. Cette chaleur se dissipera dans l’espace et sera perdue.

La chaleur résiduelle existe presque partout, y compris sur Terre, explique Cheng. Par exemple, un moteur chaud ou un four chauffé à haute température dissipe également une partie de cette chaleur.

Cheng affirme que la récupération de cette énergie a été étudiée au cours des dernières décennies et que son équipe appliquera des techniques récemment développées dans la conception de son système thermique.

Premièrement, les chercheurs testeront différents matériaux et surfaces artificiels – respectivement appelés métamatériaux et métasurfaces – afin d’utiliser l’absorbeur de chaleur proposé. Les métamatériaux ont certaines propriétés que l’on ne remarque pas dans les matériaux naturels. Ils n’existent pas naturellement sur Terre, ils doivent donc être fabriqués à l’échelle nanométrique en laboratoire, explique Cheng.

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Selon Cheng, le problème avec les matériaux courants est qu’ils n’ont pas de propriétés d’absorption ou d’émission élevées aux longueurs d’onde requises pour l’énergie infrarouge. Cheng dit que la longueur d’onde de la lumière infrarouge se situe entre 1,5 et 2,5 micromètres, ce qui est environ 12 à 24 fois inférieur au diamètre d’un cheveu humain.

«Cela nécessite donc un travail théorique et expérimental de la part de notre groupe», dit-il. « En fait, mes intérêts de recherche se concentrent sur le réglage actif et dynamique des propriétés thermiques, rayonnantes et optiques. [of materials] ». »

« Nous devons également équilibrer le poids et le coût », explique Cheng. « Nous devons équilibrer beaucoup de choses. Ainsi, étant donné le choix limité de matériaux utilisés dans l’espace, cela nous a amené à réfléchir à l’utilisation de la nanotechnologie pour concevoir des matériaux fonctionnels en tant que dispositif thermique. »

Il affirme que même si la nanotechnologie, ou les nanomatériaux, coûte cher, elle fonctionne très bien. Sans nanotechnologie, il est impossible d’absorber des longueurs d’onde spécifiques dans des conditions extrêmes.

Cheng affirme que les scientifiques utilisent des matériaux résistants à la chaleur pour fabriquer des nanomatériaux, qui sont stables, ont un point de fusion élevé dépassant 2 700 degrés (ou 1 500 degrés Celsius) et une longue durée de vie.

Un bon candidat est le tungstène, un métal rare avec les points de fusion et d’ébullition les plus élevés parmi les éléments connus sur Terre, explique Cheng. Cheng ne s’appuie pas uniquement sur ce matériau, mais lorsqu’il est combiné avec d’autres matériaux, il peut être utile dans les conditions difficiles de l’espace.

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Cheng passe cet été en tant que membre du corps professoral de la NASA au Glenn Research Center de Cleveland. Il mène des recherches sur la gestion de la chaleur pour la campagne Artemis qui vise à ramener les Américains sur la Lune en préparation de la première mission habitée vers Mars.

« J’espère vraiment que ce que je fais pour l’Air Force et la NASA contribuera en fait aux futurs projets de voyages spatiaux plus longs », a déclaré Cheng.

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Regardez la lune recouvrir l’étoile géante bleue Spica le 13 juillet

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Regardez la lune recouvrir l’étoile géante bleue Spica le 13 juillet

L’un des événements les plus intéressants de l’astronomie optique, et certainement le plus rapide, se produit lorsque la Lune éclipse une étoile. Le bord de la lune se rapproche, semble appuyer dessus pendant plusieurs secondes, puis l’étoile disparaît soudainement ! Il réapparaît à la même vitesse sur la face cachée de la Lune jusqu’à une heure ou plus plus tard.

Le samedi 13 juillet, toute personne disposant d’un télescope et d’un ciel dégagé devrait se concentrer sur la lune de ce soir-là, juste après son premier quartier (éclairée à 52 %). À ce moment-là, la Lune passera devant l’étoile de première magnitude Cygnus Spongiosa vue d’Amérique du Nord.

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enfin! Les astronautes peuvent désormais boire leur propre urine lors d’une sortie dans l’espace, grâce à un nouvel appareil intelligent

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enfin!  Les astronautes peuvent désormais boire leur propre urine lors d’une sortie dans l’espace, grâce à un nouvel appareil intelligent

Sortir de la Station spatiale internationale (ISS) est déjà un véritable défi sans avoir à se soucier des appels de la nature à mi-chemin d’une sortie dans l’espace. Aujourd’hui, les scientifiques affirment avoir mis au point une nouvelle façon de capturer l’urine des astronautes et de la recycler en eau potable en quelques secondes. minutes.

Pendant des années, lors de sorties dans l’espace autour de la Station spatiale internationale, les astronautes se soulageaient en utilisant des couches jetables à l’intérieur de leurs combinaisons spatiales, connues sous le nom de Des vêtements avec une absorption maximale (MAG). Ces vêtements, conçus pour la première fois en Début des années 1980Il collecte et stocke l’urine, permettant ainsi aux astronautes de « partir » en mouvement. Mais comme les sorties dans l’espace peuvent parfois prendre jusqu’à huit heures, les appareils MAG peuvent mettre les astronautes physiquement mal à l’aise. Risque d’irritation et d’infection cutanée.

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