環(huán)形蛋白質(zhì)復合物與DNA結合
賴斯大學的生物物理學家有一種新的細胞力學理論,這種理論是正確的。JoséOnuchic的Rice實驗室確定了縮合蛋白復合物的結構。這項工作解決了這個問題,即復合物是一個單環(huán),它是兩條雙鏈DNA還是一個分子“手銬”,由兩個連接的環(huán)組成,每個環(huán)都纏繞著一條雙鏈。
由賴斯博士后研究員Dana Krepel領導的團隊使用了一套最先進的分析工具來打電話:這是一個單圈。他們的工作是了解蛋白質(zhì)在整個有絲分裂和細胞生命周期的所有階段的染色體結構上的活動的第一步。這種理解將有助于科學家學習如何更好地治療遺傳性疾病,包括癌癥。
賴斯團隊為期兩年的研究結果發(fā)表在“ 美國國家科學院院刊”上。
Condensin完成了這個詞的含義:它有助于將染色體濃縮到細胞的細胞核中。最近的研究表明,凝聚素及其蛋白質(zhì)伴侶cohesin擠出DNA。但到目前為止,還沒有人確定凝聚素蛋白如何聚合成它們的功能形式。
Krepel開始分析由五個亞基組成的細菌凝聚素復合物,包括兩個結構維持的染色體(SMC)蛋白質(zhì),它們作為鉸鏈聚集在一起,長的kleisin蛋白質(zhì)構成環(huán)的其余部分。人類真核細胞核中的復合物 - 未來分析的目標 - 與它們更古老的對應物相似。
Krepel通過結合和比較有關單個蛋白質(zhì)的原子結構和基因序列的現(xiàn)有數(shù)據(jù),將這個難題拼湊在一起。結構來自蛋白質(zhì)片段的可用X射線晶體學和通過直接偶聯(lián)分析(DCA)的序列信息,DCA是由Onuchic及其同事在2011年引入的基于統(tǒng)計的程序,其比較了共同進化的蛋白質(zhì)中的氨基酸殘基。
“我們使用DCA來推斷共同的氨基酸對,我們從實驗中得到的蛋白質(zhì)碎片很少,”Krepel說。“這是一個很好的起點,然后我們不得不把它們放在一起就像一個謎題。我們希望得到一個完整的結構并解決沖突,無論是單環(huán)還是雙環(huán)。”
了解蛋白質(zhì)如何一起進化是關鍵。“這是一種由許多蛋白質(zhì)組成的模塊化機制,”賴斯博士后研究員和共同作者Michele Di Pierro說。“結晶一種蛋白質(zhì)更容易,但要弄清楚整個復合物的結構是非常困難的。這就是為什么它看起來很理想,即使我們沒有這種結構,它也能讓我們獲得關于復合物的信息。 “
“協(xié)同進化基本上是關于自然選擇,”該研究的博士后研究員兼合著者Ryan Cheng補充道。“當你得到隨機突變時,需要保留某些相互作用以保持復雜的功能。”
“我們希望這兩個殘留物結合在一起并匹配,它們將一起發(fā)展,”Onuchic說。“如果這個突變并且反應不好,另一個必須補償.Dana問我們是否可以將這些序列信息與小晶體結構一起獲得并確定這些巨大的結構,結果證明我們可以。”
賴斯的理論生物物理中心(CTBP)的Onuchic小組發(fā)表了一系列論文,將其蛋白質(zhì)折疊理論擴展到更大的基因組。他預計正在進行的工作最終將揭示凝固素的機制。“這些東西必須凝結染色體,”他說。“人們都知道。但沒有人知道他們是如何做到的。”
Onuchic說,其他人的研究表明,柔性鉸鏈可以幫助打開和關閉環(huán),作為允許DNA鏈進出的門,這一過程也是Rice研究所暗示的。但是,如果不知道復合體中每個分子的位置,就無法完全理解其功能和動力學。
“我們知道凝聚素復合物是有效的,因為如果你去除它,就不會發(fā)生有絲分裂,”他說。“但是沒有人理解這種機制?,F(xiàn)在我們已經(jīng)有了這種結構,我們首先了解了分子細節(jié)。”
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