巧妙的实验解开DNA如何与蛋白结合之谜

【字体: 时间:2006年07月17日 来源:生物通

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生物通报道:当DNA轻轻的展开,将会使得自己旋拧得更紧。这是一个违反直觉的发现,该发现可能会最终帮助解释蛋白是怎样与DNA结合的,这是研究人员在本周的《Nature》报道的成果。

“这是一个非常充满智慧和有趣的结果,对于理解DNA性质来说是十分基础的。” Rutgers大学的Wilma Olson说。

十多年前,科学家们就已经在单个分子的水平上研究了DNA机械特性。之前的研究并没有观察到DNA轻轻展开的时候解旋。

为了伸展DNA, Bustamante和他的研究小组将一个磁珠附着到DNA分子的一端,而将DNA分子另一端附着到玻璃上,然后利用磁性镊子来回拖拉磁珠和DNA,来测量DNA的扭曲度,Bustamante和他的同事将荧光磁珠附着到双链DNA分子的中间,位置就在一个单链缺口下面,作为一种磁珠转头。改变磁珠转头的角度,利用落射荧光显微镜进行观察,反映DNA.旋扭的移位。

Bustamante和他的同事发现在轻柔伸展中,DNA分子实际上旋得更紧(与预想的解旋结果不一致),在30皮牛顿(piconewton)的牵力下达到了最大旋紧度。当伸展超过这个水平,DNA开始展开。同样,可以通过磁珠转头伸展DNA从而导致DNA的旋紧。研究者们设计了一种DNA的数学模型展示了当DNA分子伸开时,双螺旋结构的半径缩减,这可能是解释旋得过紧的原因。
这些发现可能可以解释为什么之前的研究中发现的DNA抵抗旋拧的现象。双链DNA分子的外部螺旋(helix)当旋扭的时候被压缩。根据研究者的说法“令人惊讶的是,发现DNA结构53年后,DNA中仍然存在着神秘的东西等待发现。” Bustamante说。

巴黎的Timothée Lionnet也发现了相似的结果,但他没有参与这项研究。“这项工作对建立DNA-蛋白质相互作用模型具有重要含意。例如,理解蛋白是怎样识别特定的序列的”他说。
这些发现表明DNA结合蛋白必须通过DNA分子的伸展和旋扭来识别不同长度的结合位点。
Bustamante说

“检测DNA序列是怎么对旋扭进行反应的是一件十分有趣的事情。这可以通过单个分子水平的几条DNA序列的比较进行。” Lionnet补充说。

“我们也可以回过头来从过去的结晶学实验来检验这些结果,来寻找序列、长度和之前打折扣的扭矩(torsion)之间关系” Bustamante指出。

接下来的实验也可以研究其他DNA双螺旋的几何学假想,除了细胞中主要出现的B型DNA外。“RNA中,双螺旋结构是A型,我们同样也想知道它们的行为。转录过程中的DNA和 RNA的杂合体,我们打算通过自己来研究。” Bustamante说
(生物通:亚历)

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