DNA鍵可以通過漂浮在細胞周圍的未結(jié)合蛋白質(zhì)來破壞

判決結(jié)果是：太多的單一，性感的蛋白質(zhì)可以打破強大的關(guān)系。西北大學一項新的跨學科研究報告說，重要的蛋白質(zhì)-DNA鍵可以通過漂浮在細胞周圍的未結(jié)合蛋白質(zhì)來破壞。這一發(fā)現(xiàn)揭示了分子如何自我組織以及如何動態(tài)控制基因表達。

“蛋白質(zhì)與DNA相互作用的方式?jīng)Q定了所有生物體的生物活性，”西北大學Weinberg藝術(shù)與科學學院分子生物科學，物理學和天文學教授John F. Marko說。“不可避免地，這種相互作用網(wǎng)絡(luò)中的任何故障都可能導(dǎo)致惡性條件。精確理解蛋白質(zhì)-DNA關(guān)聯(lián)的相互作用機制至關(guān)重要。”

為了理解這種重要的關(guān)系，Marko領(lǐng)導(dǎo)了一項研究，研究單個蛋白質(zhì)與DNA結(jié)合的位點。DNA鏈具有特定位點，其他分子可以在其上結(jié)合并成為DNA遺傳密碼的一部分。一種稱為轉(zhuǎn)錄因子(TF)的DNA結(jié)合蛋白是遺傳信息從DNA轉(zhuǎn)錄到信使RNA(mRNA)以產(chǎn)生新蛋白質(zhì)或其他類型RNA的關(guān)鍵參與者。TF蛋白通過與DNA結(jié)合和解除結(jié)合來控制活細胞中的生物過程。

在實驗中，Marko和他的團隊開發(fā)了一種與DNA結(jié)合的TF蛋白濃度與未結(jié)合的TF蛋白混合，后者與結(jié)合蛋白競爭其結(jié)合位點。他們觀察到未結(jié)合的蛋白質(zhì)導(dǎo)致結(jié)合的蛋白質(zhì)從DNA中解離。然后未結(jié)合的蛋白質(zhì)偷走了新近可用的單結(jié)合位點。

“我們的實驗表明，解離發(fā)生在單一蛋白質(zhì)-DNA相互作用的水平上，”Marko說。“這是該領(lǐng)域的新信息。”

該研究由美國國立衛(wèi)生研究院和國家科學基金會支持，本周在線發(fā)表在“美國國家科學院院刊”上。Ramsey Kamara是Marko實驗室的前博士后研究員，曾擔任該論文的第一作者。西北工程公司的材料科學與工程律師泰勒教授Monica Olvera de la Cruz與該論文合著。

Olvera de la Cruz領(lǐng)導(dǎo)了理論模型的開發(fā)并進行了分子動力學模擬，以顯示由于競爭蛋白，蛋白質(zhì)-DNA在單結(jié)合位點分裂的普遍性。這反駁了以前的觀點，即蛋白質(zhì)-DNA鍵不受未結(jié)合蛋白質(zhì)的影響，而是由許多分子，大蛋白質(zhì)簇或長DNA片段之間的更“協(xié)同”相互作用產(chǎn)生。

“我們的結(jié)果表明蛋白質(zhì)-DNA解離可能對依賴于體內(nèi)蛋白質(zhì)結(jié)合的生物過程的動力學產(chǎn)生深遠的影響，”Olvera de la Cruz說。“在對活細胞中的基因表達進行建模時，這可能是一個需要考慮的重要因素。”

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