研究人員證實DNA超螺旋是能夠遠距離“跳躍”的動態結構,這一現象有可能影響了基因調控。
科學家們對于長鏈DNA如何包裝到狹小空間中的理解變得更為復雜了一些。一項關于單分子DNA的新研究證實超螺旋可通過沿著一條DNA鏈“跳躍”來移動。研究結果發布在9月13日的《科學》(Science)雜志上,為研究人員提供了關于DNA組裝的新認識,并指出了一條驚人快速的細胞內基因調控機制。
德累斯頓工業大學Ralf Seidel (從事沿著DNA分子馬達蛋白運動研究,未參與新研究)說:“這是首個研究解析DNA超螺旋動態。這一超螺旋跳躍運動使得DNA鏈能夠傳遞超螺旋,以一種非常快的方式將位點聚集到一起。”
DNA是一種雙螺旋,呈自然扭曲。在體內,它與稱作組蛋白的蛋白質包裝在一起,幫助將數百萬或數十億的核苷酸凝聚到細胞核的小空間中。與沿著DNA 鏈的蛋白質如轉錄因子的持續相互作用可影響雙螺旋扭曲和DNA鏈的“纏繞”。這些超扭曲的螺旋就稱為超螺旋,其形成不同于電話線的線圈。超螺旋將諸如調控元件和它們控制的基因等不同的DNA片段聚集到一起能夠影響表達。
為了更好地了解超螺旋的行為,代爾夫特理工大學的Cees Dekker和同事們在單鏈DNA分子中誘導了超螺旋,用熒光染料進行了標記。DNA的一端錨定在一個玻璃毛細管的一側,另一端連接到一個磁珠上。這使得研究人員能夠利用小磁鐵扭曲DNA誘導超螺旋,并用熒光顯微鏡觀察了它們的運動。
出乎意料的是,研究小組發現超螺旋以兩種方式其中的一種沿著DNA鏈移動。有時它們沿著DNA鏈慢慢擴散;其他時候,超螺旋會“跳躍”――突然從一個位點消失,同時出現在沿著DNA向下的一個遙遠的位點。
賓夕法尼亞大學Prashant Purohit(從事DNA行為研究,但沒有參與該研究)說:“相比超螺旋沿著DNA長度向下擴散,這要復雜得多。DNA并非局部行動,它顯示出DNA鏈的纏繞是整體的,而非是局部數量的DNA鏈。“
Seidel謹慎地指出到目前為止這一有趣的現象只在裸DNA單鏈上觀察到,因此目前還不清楚當DNA很好地包裝并布滿蛋白質時在體內超螺旋有可能是如何行動的。威斯康星大學麥迪遜分校威斯康星發現研究所Bryan Daniels說這樣的行為有可能對于原核細胞中的DNA更為重要,相比于真核細胞原核細胞具有較少的包裝DNA。
細胞的離子環境也有可能影響超螺旋行為。DNA更有可能凝聚在多價離子而非單價離子環境中。Dekker和他的同事們在試驗中利用的是單價離子,他們發現離子濃度越低形成的超螺旋越多。
Dekker和他的研究小組現在正研究不同的DNA序列和DNA結合蛋白的存在影響超螺旋形成和運動的機制――這是理解體內超螺旋運動的第一步。
“在發現雙螺旋60年后,這令人感到驚異,我們仍然在發現DNA的基本特性,”Dekker說。
富含蛋白質的產品——從谷物、薯片到咖啡——擺滿超市貨架,但越來越多針對非人類動物的研究表明,限制蛋白質攝入或許能夠延緩衰老、延長壽命。那么,這是否意味著攝入過多蛋白質存在危害?美國威斯康星大學麥迪遜分......
荷蘭特文特大學科學家研發出一種光學方法,能夠實時追蹤單個蛋白質的形狀變化。它直接讀取蛋白質自身的分子振動,無需任何標記,即可揭示蛋白質對藥物、毒素及其他生物分子的響應。相關論文發表于新一期《美國化學學......
中國科學院上海藥物研究所(以下簡稱上海藥物所)研究員譚敏佳團隊,華東理工大學教授葉邦策團隊,上海藥物所研究員李靜雅團隊、徐駿宇團隊合作,首次發現并報道了一種由腸道菌群衍生代謝物苯乙酸(PAA)驅動的新......
蛋白質形成復雜三維結構的速度甚至比DNA還要快。科學家首次直接測量出普通單個蛋白質折疊所需的時間,結果令人意外——蛋白質的氨基酸序列、分子大小與其折疊形成三維結構的耗時之間并無關聯。盡管蛋白質的組成成......
人工智能(AI)蛋白質結構預測工具“阿爾法折疊”迎來重要升級。17日最新發布的“阿爾法折疊”數據集首次大規模納入蛋白質復合物結構預測數據,數百萬個由AI預測的蛋白質復合物結構向全球科研人員開放。這一成......
記者1月7日從西湖大學獲悉,該校生命科學學院曹龍興實驗室和醫學院解明岐實驗室合作,從頭設計出一系列能夠控制蛋白質“組隊”的“遙控器”——可被小分子藥物精準調控的蛋白質多聚化系統。這意味著,科學家可以像......
美國艾倫研究所和霍華德·休斯醫學研究所科學家通過蛋白質工程技術,改造出一種特殊蛋白,名為iGluSnFR4,這是一種分子級“谷氨酸指示器”,可用于實時觀察大腦中神經元的交流過程。這一成果有助破譯大腦隱......
圖AI與化學生物學知識相融合設計超穩定性蛋白質模塊在國家自然科學基金項目(批準號:22222703、22477058)等資助下,南京大學鄭鵬團隊在蛋白質的可控設計及其穩定性研究方面取得進展,相關工作以......
近日,中國醫學科學院北京協和醫院趙海濤團隊與中國醫學科學院蛋白質組研究中心/基礎醫學研究所質譜中心孫偉團隊攜手攻關,在膽管癌治療領域取得重大突破。他們的研究首次將尿液蛋白質組學與單細胞、空間轉錄組學相......
中南大學 2025年11月政府采購意向公開為便于供應商及時了解政府采購信息,根據《財政部關于開展政府采購意向公開工作的通知》(財庫〔2020〕10號)等有關規定,現將中南大學2025年11月......