当前位置: 首页>>色琪琪在线影院 >>细胞的DNA复制机器的第一个完整的照片

细胞的DNA复制机器的第一个完整的照片

添加时间:    


最先进的电子显微镜图像显示DNA复制蛋白质复合物的结构不同于长期持有的教科书视图

有史以来第一次展开,分裂和复制双链DNA的蛋白质复合体的图像显示与标准教科书视图有些不同。美国能源部布鲁克海文国家实验室科学家与石溪大学的合作者和洛克菲勒大学 的合作者创造的电子显微镜图像提供了关于这种分子机器如何运作的新见解,包括其在DNA中的作用的新可能性“质量控制“和细胞分化。这些图像和暗示在由“”Nature&分子生物学,2015年11月2日。

活性DNA解旋酶的三维结构与前端DNA聚合酶(Pol epsilon)。 DNA聚合酶epsilon(绿色)位于解旋酶的顶部而不是底部。 “这项工作是我们长期以来使用电子显微镜研究DNA复制机制的一个延续,它是每个活细胞必不可少的功能,”在Brookhaven Lab and Stony联合任命的生物学家李慧林说。布鲁克大学。 “这些新的图像显示了完全组装和完全活化的”解旋酶“蛋白质复合物,它在通过结构的中心孔时环绕和分离DNA双螺旋的两条链,以及解旋酶如何与两个”聚合酶“复制每条链以复制基因组的酶”。

研究这种分子机器,被统称为“复制体”,其DNA复制过程的细节可以帮助科学家理解DNA被错误复制时会发生什么 - 主要来源可能导致癌症的突变 - 或者更多地了解单细胞如何最终发展成为多细胞生物体的许多细胞类型。但是到目前为止,还没有人在任何有机体的分辨率上产生真正的复制体结构。 “所有教科书的图画和描述如何复制品应该看起来和工作是基于生物化学和遗传学的研究,”李说,比较形势比较着名的比喻三名盲人试图描述一头大象,每个看着只有一部分。这些教科书附图显示解旋酶沿着DNA移动,分离双螺旋的两条链,两条聚合酶位于DNA链分裂的后面。在这种构型中,当聚合酶移出解旋酶以形成两个新的完整双链时,聚合酶将核苷酸(含有遗传密码的互补A,T,G和C碱基的分子)添加到并排分叉末端螺旋DNA链。

合作科学家和研究合着者石溪大学(站立)研究生Zuanning Yuan,石溪和Brookhaven实验室的Huilin Li(坐,后)和Brookhaven Lab的Jingchuan Sun(坐,前)检查蛋白质结构。

为了检验这些假设,李的小组转向他们以前用来研究解旋酶电子显微镜(EM)的单个组分的技术。李先生实验室的EM专家孙晶川对于这项工作的成功至关重要。他研究了来自面包酵母细胞的复制体样本 - 所有细胞核的细胞模型 - 由洛克菲勒大学Michael O'Donnell研究小组的Roxana Georgescu编写并提供。 O'Donnell的研究小组此前曾经发表过与这项工作有关的生物化学结果。 Sun说:“DNA复制是生命中最基本的过程之一,所以每个生物化学家的梦想是看看复制体是什么样的。 “我们的实验室拥有专业知识和十年的电子显微镜研究DNA复制的经验,这使我们很好地解决了高移动性,因此非常具有挑战性的复制体结构。与O'Donnell实验室一起合作,在实验室做了很多功能性的研究 酵母复制体,我们两个团队为这个项目带来了完美的补充专业知识。“他说。

一系列电子显微照片显示桶状解旋酶与复制体的若干组分:a)具有Ctf4(浅蓝色)的解旋酶(灰色),其是DNA复制引物聚合酶的募集因子,b)解旋酶Ctf4和前端聚合酶(绿色),d)解旋酶和前端聚合酶,e)解旋酶,Ctf4和前酶聚合酶(深蓝色),其与后端聚合酶起作用,前端聚合酶和后端引物聚合酶(深蓝色)。面板a-c使用未涂底漆的短DNA叉子,而d-e使用更长且准备好的DNA叉子。电子显微照片显示复制体是一个20纳米大小的纳米机器。

科学家们对这一发现感到非常惊讶,他们要求Brian Chait领导的另一个洛克菲勒集团使用质谱进行额外的结构研究。 Chait小组的博士后研究者Yi Shi进行了这项研究,证实了电子显微镜对于复制体意外结构的结论。

一个聚合酶在解旋酶前面的违反直觉的位置表明它可能具有不可预见的功能。作者提出了几种可能性,包括在复制和细胞分裂期间保持两个“子”链分开以帮助组织它们。当单链在结构的其他部分上移动时,也可能有一些“监视”蛋白质组分在被复制之前检查核苷酸序列中的损伤或错误 - 一种分子质量控制。

这些漫画显示了当前研究中电子显微照片图像显示的复制体,左图和新视图的旧“教科书”视图。在这项研究之前,科学家们认为两种聚合酶(绿色)位于解旋酶(棕褐色)的底部(或后端),将互补的DNA链添加到裂解DNA中以并排产生拷贝。新的图像显示,一个聚合酶位于解旋酶的前端。科学家正在进行更多的研究,以探索这个意想不到的位置的生物学意义。

这种结构也可能在发育生物学中扮演重要的角色,提供一条治疗两条子链的途径。 DNA的许多修饰,包括如何与其他蛋白质包装,控制序列中的许多基因中的哪一个最终在细胞中表达。不对称复制体可能导致细胞分裂过程中两条子链的不对称处理 - 这是在多细胞生物体内制造不同组织的必要步骤。

正如本文的结论所述,“显然,需要进一步的研究来了解这里报告的意外复制体系结构的功能含义。”

来源:BNL

 

随机推荐

网站导航 福利地图