双向运动驱动 DNA 环的形成

双向运动驱动 DNA 环的形成

来自代尔夫特、维也纳和洛桑的科学家发现，塑造我们 DNA 的蛋白质机器可以改变方向。到目前为止，研究人员认为这些所谓的 SMC 马达（在 DNA 中形成环）只能朝一个方向移动。该发现将发表在细胞是了解这些马达如何塑造我们的基因组和调节我们的基因的关键。

连接DNA

“有时，细胞需要快速改变哪些基因应该表达，哪些基因应该关闭，例如响应食物、酒精或热量。为了关闭基因，细胞使用染色体结构维持（SMC）马达，它的行为就像连接 DNA 不同部分的开关，”第一作者 Roman Barth 解释道。

然而，SMC机器不知道要连接哪些部件。他们只是将 DNA 加载到某个位置并开始循环，直到到达被迫停止的点。因此，他们严重依赖探索 DNA 两侧的能力来找到正确的停止标志。 “

罗曼·巴斯，代尔夫特理工大学

变速箱

代尔夫特理工大学的技术生物物理学家现在发现 SMC 电机可以改变方向，这与人们认为可能的相反。 “我们的实验表明，SMC 会暂时从一侧拉 DNA，然后切换方向从另一侧拉 DNA。这样，随着时间的推移，它们可以将两侧的 DNA 拉成一个环。我们发现这对于所有类型的 SMC 电机都是如此，而且种类繁多，”负责这项研究的代尔夫特教授 Cees Dekker 说道。 “你可以用汽车中的一个比较齿轮来做到这一点：手动变速杆可以让你的汽车向前或向后移动。我们甚至在粘连蛋白 SMC 马达蛋白中发现了“变速杆”，即蛋白质亚基 NIPBL。”

令人印象深刻的纳米技术

为了发现 SMC 电机的反向传动装置，研究人员使用先进的自制显微镜来检查单个 DNA 分子上的单个蛋白质。这本身就是一项令人印象深刻的壮举，正如巴特解释的那样：“单个细胞含有数百万个蛋白质，而人体是由数万亿个细胞组成的。提取一些蛋白质并能够单独观察它们是纳米技术的一项壮举，涉及纳米尺度的成像——比人类头发的宽度小 100,000 倍。”

神经退行性疾病

Barth 说：“一旦我们了解了 SMC 分子马达如何塑造 DNA，我们可能会问癌症和神经生成疾病等疾病中出了什么问题，尤其是如何纠正它。” “例如，神经生殖疾病可能是妊娠早期胚胎细胞基因失调的结果。”

科学在行动

这项研究最终解决了科学界对 SMC 工作原理的各种相互矛盾的理论的困惑。早期研究表明 SMC 只能严格朝一个方向移动，而其他研究表明它们同时吸引两侧的 DNA。这一发现解决了这些争议。 Barth：找到SMC引擎之间的共性后，有助于聚焦和优化SMC研究领域。我们不再需要为每个单独的 SMC 蛋白寻找新的机制。它还将加速该领域向应用科学方向发展。 I. 我很高兴这些知识正在进入制药公司、医院并最终进入医生办公室。 “

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