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      DNA蛋白機器的正面碰撞如何阻止復制
      
			
      
				2018-12-24 08:52:55
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      一項新研究描述了染色體上蛋白質機器之間正面碰撞如何破壞DNA復制并提高基因突變率，幫助細菌在惡劣環(huán)境中生存，抵抗抗生素，以及通過免疫防御進行鈍性攻擊。該研究發(fā)表在Cell雜志上。西雅圖華盛頓大學醫(yī)學院微生物學助理教授Houra Merrikh領導該研究小組。她說，研究結果表明這些正面碰撞是細菌控制其進化的過程的一部分，通過加速參與應對新條件的關鍵基因的突變。“這些碰撞可以作為一種機制，在細菌生命中至關重要的條件下促進適應，例如適應環(huán)境壓力，或者在致病細菌的情況下，適應感染期間宿主細胞內的條件”Merrikh說。
      

      DNA蛋白機器的正面碰撞如何阻止復制
      

      研究人員研究了兩種類型的分子機器之間發(fā)生的碰撞，這些分子機器是沿著染色體爬行的大型蛋白質復合物，因為它們“讀取”染色體DNA序列中編碼的遺傳指令。
      

      其中一種稱為RNA聚合酶的機器使用基因編碼的指令組裝RNA鏈，稱為信使RNA(簡稱mRNA)。細胞將使用該鏈作為模板來合成蛋白質，這一過程稱為轉錄。
      

      另一臺機器的工作，稱為replisome，是在細胞分裂過程中制作染色體的副本，這個過程稱為復制。這使得細胞的后代都有自己的染色體。在這些過程的每一個過程中，必須打開雙鏈DNA的兩條鏈，以便可以讀取含有遺傳密碼的DNA序列。
      

      因為大多數(shù)基因都面向復制，所以這些機器通常沿著染色體的方向行進。由于replisomes運行得更快，它們有時會超過較慢的RNA聚合酶并導致追尾碰撞。
      

      雖然這些碰撞可能會干擾復制，但中斷通常很小。在這些情況下，細胞具有快速解決這些問題的機制。
      

      然而，有些基因在染色體內“向后”編碼。當需要表達這些基因時，RNA聚合酶必須以與通常方向相反的方向行進，并且發(fā)生 RNA聚合酶和復制體之間的正面碰撞。
      

      這些正面碰撞對復制和轉錄產生了更大的影響。它們還增加了這些“倒退”基因中遺傳錯誤的頻率。
      

      之前的研究表明，兩臺機器因為它們實際上直接接觸而停止，或者當它們彼此接近時，它們之間的DNA會扭曲成緊密的線圈，從而檢查它們的進展。
      

      雖然這些可能是因素，但在新的研究中，威斯康星大學的研究人員證明了另一種機制可以解釋為什么正面碰撞是如此具有破壞性，以及它們如何增加某些基因突變的形成。
      

      研究人員發(fā)現(xiàn)，當這些碰撞發(fā)生時，由RNA聚合酶組裝的信使RNA鏈實際上與其后面的一條DNA鏈結合。該鏈在轉錄過程中被打開了。這種結合產生RNA：DNA雜合體，稱為R-環(huán)(用于RNA環(huán))，其有效阻斷復制。
      

      研究人員發(fā)現(xiàn)封鎖非常有效，如果沒有去除R環(huán)的酶，細菌就會死亡。
      

      但是，如果它們構成這樣的威脅，為什么這些落后的正面基因存在呢?事實證明，這些正面基因中的大多數(shù)是在細菌處于壓力下時開啟的基因，例如，當它們暴露于惡劣環(huán)境時。
      

      Merrikh和她的同事們假設在這些高壓力情況下，正面碰撞會增加這些應激反應基因的突變。這些突變中的一些可以增加細菌的后代在未來類似條件下存活和繁殖的機會。
      

      Merrikh實驗室的博士后研究員Kevin Lang和該研究的第一作者表示，這種機制似乎是一種權衡：細菌接受正面碰撞破壞復制并增加有害突變，它們也促進了潛力關鍵基因的有益突變，使他們能夠在困難的條件下生存。
      

      “我們研究的細菌之一，單核細胞增生李斯特氏菌，可以生活在各種環(huán)境中，如冰箱里的咸味食物，或者，當你被感染時，你的細胞中，”他解釋說“為了在如此眾多的生態(tài)環(huán)境中生存，你有能夠迅速發(fā)展和進化。“
      
			

			
        
      
			
      
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