染色體運動發(fā)現(xiàn)支持DNA環(huán)擠出

這是生物學中最大的謎團之一：細胞如何在兩個子細胞之間整齊地分布其復制的DNA?一個多世紀以來，我們已經知道細胞中的DNA可與一盤意大利面條相媲美 - 混雜的混合線條。當細胞分裂時，它們必須將兩米長的DNA包裝成整齊的小包裝 - 染色體。這種包裝是由稱為縮合蛋白的蛋白質誘導的，但科學家們對實際機制存在分歧。有一種觀點認為，這種蛋白質就像一個鉤子一樣，隨意地抓住DNA混雜的某個地方并將它們捆綁在一起。另一個認為，環(huán)形蛋白質向內拉DNA以形成環(huán)。科學報道的一項新研究來自荷蘭代爾夫特理工大學，海德堡大學和哥倫比亞大學的研究人員給予oop-extrusion論證一個顯著的推動，證明了凝結素確實具有這種動態(tài)所需的假定運動功能。

早在1882年，著名的生物學家Walter Flemming就記錄了DNA縮合的過程。通過顯微鏡觀察，他看到細胞如何整齊地組織DNA束，然后將它們分成兩個新細胞。然而，這個過程的確切細節(jié)仍然是一個神秘的超過100年。

“在細胞生物學領域，這個問題上有不同的學派，”來自TU Delft Kavli研究所的納米生物學家和研究負責人Cees Dekker解釋道。“近年來，凝結素擠出環(huán)的假設已經取得了勝利，并得到了計算機模擬的支持。這個想法是環(huán)狀凝聚素抓住DNA并以環(huán)狀方式將其拉過環(huán)。這只是如果蛋白質具有運動活動可能。這種環(huán)形擠出模型的一個問題是到目前為止，還沒有檢測到這種運動功能。此外，需要太多的能量將環(huán)拉過環(huán)，遠超過了凝結素的燃料使用量。“

電機功能

在他們的科學文章中，研究人員首次表明，縮合素確實具有運動功能。他們定位了在表面上拉伸的DNA分子并添加了凝聚蛋白，每個蛋白都配有發(fā)光量子點以便觀察。“我們觀察到凝固素確實如何沿著DNA轉移。這只發(fā)生在燃料存在的情況下，在這種情況下是分子ATP - 為細胞中所有過程提供動力的汽油，”代爾夫特的研究生Jorine Eeftens解釋道。第一作者。“結果還表明，縮合物在DNA上需要非常大的步驟，因此需要的ATP比以前想象的要少得多。”在他們研究的第二階段，研究人員用發(fā)光的DNA串代替了凝聚素上的發(fā)光量子點。他們再次目睹了凝結素以同樣的方式移動。

“確切的潛在機制仍有待討論。但這一發(fā)現(xiàn)無疑是對循環(huán)擠壓陣營的巨大推動。我們還表明，所用能源的數(shù)量比以前想象的要少得多，”Cees Dekker說。

該研究代表了對細胞基本理解的重要一步，但它也與醫(yī)學研究相關。縮合蛋白所屬的蛋白質家族的問題，即SMC蛋白質，與遺傳病癥如Cornelia de Lange綜合征有關。Condensin在細胞分裂過程中對染色體的組織也至關重要，并且該過程中的錯誤可導致癌癥。更好地了解這些過程對于追蹤嚴重疾病的分子起源至關重要。

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