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      DNA分子基于序列直接相互作用
      
			
      
				2019-01-26 09:58:37
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      蛋白質(zhì)在DNA調(diào)控中發(fā)揮著重要作用，但一項(xiàng)新的研究發(fā)現(xiàn)DNA分子以一種依賴于DNA序列和表觀遺傳因子的方式直接相互作用。研究人員說(shuō)，這可能會(huì)影響DNA在細(xì)胞中的組織方式，甚至可能影響基因在不同細(xì)胞類型中的調(diào)控方式。
      

      DNA分子基于序列直接相互作用
      

      由伊利諾伊大學(xué)物理學(xué)教授Aleksei Aksimentiev和約翰霍普金斯大學(xué)生物物理與生物物理化學(xué)教授Taekjip Ha領(lǐng)導(dǎo)，伊利諾伊大學(xué)活細(xì)胞物理學(xué)中心和Aksimentiev的兼職，研究人員在雜志上發(fā)表他們的工作性質(zhì)通信。
      

      “我們?nèi)匀恢皇情_始探索DNA的物理特性。它不僅僅是一串字母，”Aksimentiev說(shuō)。“這是一個(gè)具有獨(dú)特特征的復(fù)雜分子。普遍存在的假設(shè)是，核內(nèi)發(fā)生的一切，DNA的組織方式，都是蛋白質(zhì)的作用。我們展示的是直接的DNA-DNA相互作用可能在大規(guī)模的染色體組織也是如此。“
      

      使用位于伊利諾伊州校園的國(guó)家超級(jí)計(jì)算應(yīng)用中心的Blue Waters超級(jí)計(jì)算機(jī)，Aksimentiev和博士后研究員Jejoong Yoo對(duì)兩種DNA分子進(jìn)行了詳細(xì)的模擬，這兩種DNA分子在電池中發(fā)現(xiàn)的電荷溶液中相互作用。超級(jí)計(jì)算機(jī)允許它們映射每個(gè)原子及其行為，并測(cè)量分子之間的力。他們發(fā)現(xiàn)，雖然DNA分子傾向于在水中相互排斥，但在細(xì)胞樣環(huán)境中，兩個(gè)DNA分子可以根據(jù)它們各自的序列相互作用。“在DNA字母表中，有A，T，G和C.我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)一個(gè)序列富含A和T時(shí)，有更強(qiáng)的吸引力，”Aksimentiev說(shuō)。“然后我們看看在分子水平上究竟是什么導(dǎo)致它。我們喜歡將DNA看作一個(gè)很好的對(duì)稱螺旋，但實(shí)際上有一系列的突起是甲基，我們發(fā)現(xiàn)它是調(diào)節(jié)這種序列依賴性的關(guān)鍵。吸引力“。
      

      調(diào)節(jié)基因表達(dá)的過(guò)程之一是甲基化，其將甲基添加到DNA螺旋中。在進(jìn)一步的模擬中，研究人員發(fā)現(xiàn)甲基增強(qiáng)了吸引力，因此附著甲基的 G和C重鏈序列與富含A和T的序列的相互作用強(qiáng)烈。
      

      “關(guān)鍵是溶液中存在帶電粒子，”Aksimentiev說(shuō)。“假設(shè)你有兩個(gè)人彼此不喜歡，但我喜歡他們兩個(gè)，所以我可以用他們兩個(gè)握手并把它們拉近。反離子的工作原理就是這樣。他們?nèi)绾卫NA分子在一起取決于它們之間有多少分子。當(dāng)我們有這些顛簸時(shí)，我們有很多反離子。“
      

      哈和畢業(yè)研究員Hajin Kim通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模擬結(jié)果。他們使用先進(jìn)的單分子成像技術(shù)，在一個(gè)微小的氣泡中分離出兩個(gè)DNA分子，然后觀察分子是如何相互作用的。實(shí)驗(yàn)與來(lái)自模擬的數(shù)據(jù)很好地匹配，包括序列依賴性相互作用和甲基化DNA之間的相互作用。
      

      “很高興看到計(jì)算預(yù)測(cè)在我們的實(shí)驗(yàn)中得到了證實(shí)，”哈說(shuō)。“它告訴我們?cè)蛹?jí)模擬的準(zhǔn)確程度，并表明它們可以引導(dǎo)新的研究途徑。”
      

      研究人員認(rèn)為，DNA 分子之間觀察到的相互作用可能在染色體如何在細(xì)胞中組織以及哪些染色體緊密擴(kuò)展或折疊，確定不同細(xì)胞類型的功能或調(diào)節(jié)細(xì)胞周期中發(fā)揮作用。
      

      “例如，一旦你甲基化DNA，染色體變得更緊湊。它阻止細(xì)胞機(jī)器接近DNA，”Aksimentiev說(shuō)。“這是一種判斷哪些基因被打開以及哪些被關(guān)閉的方法。這可能是染色體如何排列以及組織機(jī)制如何影響基因表達(dá)的更大問(wèn)題的一部分。”
      
			

			
        
      
			
      
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