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      科學(xué)家們揭示了DNA如何組織和保存遺傳信息
      
			
      
				2019-05-24 11:49:18
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      約翰斯·霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院的兩位科學(xué)家揭開了DNA如何組織和保存遺傳信息的各個(gè)方面。Cynthia Wolberger博士和James Berger博士的新發(fā)表的研究，他們的實(shí)驗(yàn)室并排坐在一起，仔細(xì)研究了DNA機(jī)械拼圖如何組合在一起。
      

      科學(xué)家們揭示了DNA如何組織和保存遺傳信息
      

      為了使DNA中的基因“開啟”和“關(guān)閉”，細(xì)胞中的酶必須與核小體相互作用，核小體是含有允許細(xì)胞組織DNA的蛋白質(zhì)的復(fù)合物。一種這樣的酶Dot1L在混合譜系白血病中發(fā)生突變，這是一種兒童白血病。
      

      必須首先將稱為遍在蛋白的小蛋白標(biāo)簽附著到核小體上以幫助募集Dot1L。然而，直到約翰霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物物理學(xué)和生物物理化學(xué)教授Cynthia Wolberger博士和Evan Worden博士，Dot1L酶如何與核小體或泛素標(biāo)簽物理連接尚不清楚。她的實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員使用一種稱為低溫電子顯微鏡(cryo-EM)的成像工具來凍結(jié)核小體和Dot1L中的分子，看看這兩者是如何相互作用的。
      

      他們?cè)?月份在Cell上發(fā)表的這項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)的是出乎意料的：Dot1L改變了核小體的形狀，使其與Dot1L酶更緊密地結(jié)合。
      

      用cryo-EM拍攝的高分辨率圖像揭示了核小體核心中前所未有的前所未有的變化。當(dāng)Dot1L連接時(shí)，來自核小體中心的尾部向上擺動(dòng)以將酶固定到其表面，導(dǎo)致核小體結(jié)構(gòu)中的其他一系列變化。
      

      研究人員說，這種觀察代表了我們對(duì)遺傳病的思考方式的轉(zhuǎn)變，因?yàn)楹诵◇w結(jié)構(gòu)的變化會(huì)影響我們的細(xì)胞如何獲取DNA。“這為發(fā)現(xiàn)打開了新的大門，我們甚至不知道在那里，”沃登說。
      

      特別是對(duì)于兒童白血病，發(fā)現(xiàn)核小體如何改變形狀以與Dot1L良好契合可以揭示尋找針對(duì)該連接的新療法的機(jī)會(huì)。
      

      科學(xué)家們一起拼湊DNA復(fù)印機(jī)的工作原理
      

      它在整個(gè)人體中發(fā)生了數(shù)萬億次：微小的分子機(jī)器將DNA復(fù)制到一個(gè)細(xì)胞內(nèi)，然后制作兩個(gè)，希望確切的60個(gè)DNA片段，而不會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)字。
      

      這種精確度非常顯著，而且它的發(fā)生規(guī)模如此之小。“
      

      James Berger，博士，基礎(chǔ)生物醫(yī)學(xué)科學(xué)研究所所長(zhǎng)，約翰霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物物理學(xué)和生物物理化學(xué)教授
      

      伯杰說，復(fù)制品就像一個(gè)自給自足的復(fù)印機(jī)，卷入一片DNA并吐出兩份。運(yùn)行復(fù)印機(jī)的電機(jī)稱為解旋酶。它解開并解開雙鏈DNA，因此復(fù)制機(jī)器可以訪問和復(fù)制存儲(chǔ)在遺傳密碼中的分子信息。像許多汽車發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，螺旋驅(qū)動(dòng)器由六個(gè)圓柱體或“環(huán)”驅(qū)動(dòng)，環(huán)繞并沿著DNA螺紋移動(dòng)?？茖W(xué)家使用術(shù)語“replisome”來指代復(fù)制DNA的分子機(jī)器。replisome是蛋白質(zhì)和酶的集合，它們連接在一起形成DNA復(fù)制機(jī)。“我們理解replisome的不同部分如何工作，但我們不理解它們?nèi)绾螀f(xié)同工作，”Berger說，他的實(shí)驗(yàn)室專門拼湊DNA如何復(fù)制自己。
      

      伯杰的研究小組研究細(xì)菌，找出一種名為DnaC的酶如何將一個(gè)解旋酶環(huán)加載到DNA上。在2月發(fā)表在Molecular Cell上的一份報(bào)告中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)DnaC與解旋酶結(jié)合，并使用其六個(gè)臂中的一個(gè)，將環(huán)打開，將其打開并將環(huán)連接到DNA鏈上。然后，DnaC關(guān)閉了。
      

      伯杰的實(shí)驗(yàn)室正在繼續(xù)研究DnaC如何從復(fù)印機(jī)復(fù)合體中彈出，解旋酶電機(jī)如何固定在復(fù)制復(fù)合體上以及解旋酶如何沿DNA移動(dòng)。這些發(fā)現(xiàn)將有助于為解旋酶用于抗菌治療鋪平道路，并將提供有關(guān)突變解旋酶發(fā)生故障時(shí)遺傳疾病如何產(chǎn)生的見解。
      
			

			
        
      
			
      
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