評估距離的蛋白質(zhì)
ISWI家族的蛋白質(zhì)(Imitation Switch,或核小體重塑馬達)具有特殊性質(zhì):盡管沒有感官器官,但仍然能夠評估DNA鏈的長度。剛剛在SISSA,MAX普朗克研究所和NIH開展的“統(tǒng)計力學:理論與實驗期刊”上發(fā)表的一項研究發(fā)現(xiàn)了它的工作原理。
將染色體描繪成一串珠子。珠子實際上被稱為核小體,由構(gòu)成染色體本身的DNA鏈形成,緊緊纏繞在蛋白質(zhì)周圍,稱為組蛋白,有點像線軸。核小體通過相同DNA鏈的不同長度的區(qū)段彼此連接。通過稱為“重塑馬達”的特殊蛋白質(zhì)的作用,“珠子”可以沿著鏈移動,靠近組合或分開。一種類型的這些馬達將核小體等距地排列在“珠串”上。為了知道核小體的移動位置,電機需要評估連接它們的節(jié)段的長度。這就是問題出現(xiàn)的地方:單個分子如何“感知”一段DNA的存在時間?
來自的里雅斯特國際高等研究學院(SISSA)的研究科學家Ana Maria Florescu和來自美國國立衛(wèi)生研究院(NIH)的Kuni Iwasa通過理論研究回答了這個問題。當Florescu和Iwasa開始他們的研究工作時,他們都在德累斯頓馬克斯普朗克復雜系統(tǒng)物理研究所工作。“這確實是一個'感官'問題,但我們不要忘記我們正在處理蛋白質(zhì)復合物,它們沒有感官器官”,F(xiàn)lorescu解釋道。
Florescu和Iwasa受到之前實驗結(jié)果的啟發(fā),他們構(gòu)建了一個系統(tǒng)模型(核小體,股線和重塑電機,浸沒在流體環(huán)境中)。
“我們在計算中觀察到的是,一個核小體與下一個核小體之間的DNA片段越長,電機與它結(jié)合的時間就越短”。實際上,浸入流體中的股線傾向于隨機波動,其運動的幅度和速度取決于段的長度。在實踐中,片段越短,振蕩越快:“在這種情況下,分子在捕獲片段時會遇到更多麻煩,并且在它與之結(jié)合之前無法執(zhí)行其動作”。因此,電機綁定到段所花費的時間是段本身長度的指示。
解開鏈以使DNA發(fā)揮作用
DNA的最終功能是蛋白質(zhì)合成,這一過程始于基因轉(zhuǎn)錄的第一個關(guān)鍵步驟:基因中包含的代碼片段被復制以用作構(gòu)建新蛋白質(zhì)的基質(zhì)。為此,需要能夠獲得構(gòu)成DNA鏈的氮堿基。當它們緊密堆積在組蛋白周圍時,它們無法使用。重塑電機的重新排列對于釋放它們至關(guān)重要。
“DNA是緊密包裝的,因為否則它不適合細胞核內(nèi)部,因為如果我們考慮完整的人類基因組,我們總共談論超過兩米的鏈。但是,這樣做的缺點是必須解開它每次需要時,由重塑馬達執(zhí)行的任務使染色質(zhì)鏈可以進入,從而可以進行轉(zhuǎn)錄過程“Florescu解釋說。
因此,很容易理解這些重塑分子對身體健康的重要性:機制的分解阻止轉(zhuǎn)錄,從而阻止蛋白質(zhì)合成。事實上,“一些研究已將某些類型的癌癥與重塑電機缺乏或有限存在聯(lián)系起來”,F(xiàn)lorescu總結(jié)道。
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