Cell:「小身体,大智慧」Cell 重磅揭示大肠杆菌染色体折叠模式及阻碍因素

2022-01-24 04:13:05 来源:
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性染色躯是蛋白心灵社但会活动的液体构件基础,与多种蛋白过程息息相关,如线粒体、DNA 修复和性染色躯裂解,其正确地拉肽键至关重要。所有蛋白都均需将自身的基因组通过拉肽键JPEG在一个小躯积密闭当中的。

与真核子蛋白并不相同,芽孢蛋白很难蛋白核子,并且不但会将其性染色躯 DNA 包装成类似于核子小躯的重复使用构件单元。然而,它们即使如此拉肽键并分散的它们的性染色躯液体,过渡到一个时序的、有该组织的 DNA 因特网,称为类核子(nucleoid)。

昨日,哥伦比亚大学 Christine Jacobs-Wagner 学术研究工作小组在 Cell 杂志上刊发了新书 Interconnecting solvent quality, transcription, and chromosome folding in Escherichia coli 的论文,阐述了菌株中的的性染色躯拉肽键自然。

在本学术研究中的,所写转用蛋白的简单石墨烯物理学视角,将蛋白膜视为石墨烯氢氧化钾,其中的石墨烯是 DNA,催所谓剂是蛋白膜中的的其他所有液体(例如,水、糖类、蛋白质、核子糖躯和 RNA)。

根据石墨烯-催所谓剂相互效用,催所谓剂的质量大致分为三种特性:即使如此、不错和差。

在不错波动的催所谓剂中的,石墨烯和催所谓剂彼此之间的相互效用优于石墨烯肽键段彼此之间的相互效用。显然,在所致催所谓剂中的,石墨烯肽键段彼此之间的相互效用比它们与催所谓剂的相互效用更稳定。即使如此状态则是排挤和带动相互效用被相互抵销。

类核子范围内 DNA 浓度(页面相关联:Cell)

菌株蛋白中的的线粒体平均值类核子材质

在营养无用和营养非常丰富的先决条件下,蛋白 DNA 含量比和类核子材质基本上保持基本上。

为了探测类核子三维材质,学术研究人员应用于菌株菌株(CJW6340,表达带有 GFP 标记的人工设计的蛋白质,该蛋白质自成品成 25 nm 的 60 个亚基十二面躯纳米笼)进行单量子实验。

单量子实验看出有类核子不长期存在密闭位阻,整躯平均值均方位移与布朗运动一致,推测平均值类核子三维材质> 25 nm。

应用于更多的遮罩 GFP-μNS 胶体(平均值材质为 58 nm)的遮罩,推测其出有发点在蛋白高纬度(即周遭类核子)的不太可能增加,估计值线粒体平均值类核子三维材质大约为 50 nm。

线粒体平均值类核子三维材质的估计值(页面相关联:Cell)

蛋白膜是性染色躯的所致催所谓剂并加强性染色躯构件域的过渡到

通过性染色躯环己烷的 3D 蒙特卡罗模拟器将菌株性染色躯建模为为自由连接的肽键,更改紧邻 DNA 片段彼此之间并不一定范围的大约束,以模拟器催所谓剂质量。

模拟器阐述了并不相同催所谓剂先决条件下性染色躯环己烷的前所未有差异:

相对于即使如此和不错的催所谓剂先决条件,在所致催所谓剂先决条件下,DNA 量似乎在密闭上愈发不表面,与用超分辨率荧光图像观察的芽孢类核子 DNA 量的密闭互补一致。相比较于不错的催所谓剂,蛋白膜的所致催所谓剂波动可以随之而来多至 60 倍的性染色躯JPEG比。

在所致催所谓剂中的,DNA 片段往往彼此更相似,随之而来过渡到 DNA 量高的区域与 DNA 量低的区域交错。这种 DNA 量的密闭互补产生了扭曲现象,以增加表面的平均值三维材质,并并不需要更多的物躯通过。

而在即使如此和不错的催所谓剂先决条件下,类核子 DNA 量在密闭上愈刊发面,平均值三维材质较小。

蛋白膜中的有效的所致催所谓剂可以加强性染色躯构件域(domain)的过渡到,这种构件类似于 Hi-C 实验中的所认出有的染色质面对面效用域(CIDs)。只有在较差催所谓剂先决条件下才能看到大的域状构件。

菌株性染色躯环己烷在并不相同特性催所谓剂中的的模拟器(页面相关联:Cell)

类核子躯内核子糖躯量的密闭互补与DNA量圆形连续性

核子糖躯主要以肽键状核子糖躯形式长期存在,掺入在类核子区域之外。盆地修缮和核子糖躯出有发点看出有,核子糖躯量高度不表面。除了在短期内的核子糖躯在蛋白周围掺入外,核子糖躯在蛋白膜中的观感出有量的互补,包括在蛋白的中的心区域 (即类核子区)。

在类核子躯内,核子糖躯荧光接收器与 DNA 接收器圆形连续性,这详述蛋白膜的所致催所谓剂波动是随之而来 DNA 量不表面的原因,而 DNA 量不表面又反过来影响了核子糖躯的出有发点。

菌株层析图中的核子糖躯的密闭分布(页面相关联:Cell)

核子糖躯量与类核子范围内的 DNA 圆形连续性(页面相关联:Cell)

并不相同催所谓剂中的性染色躯材质的模拟器结果(页面相关联:Cell)

磷酸化是随之而来蛋白膜所致催所谓剂波动的原因

如果肽键状核子糖躯拥挤是核子样密切关系所谓的主要加强考量,那么这个论点确信,即使磷酸化不受影响,肽键状核子糖躯丰度的下降也但会随之而来类核子样扩张。

为了筛选这种不太可能,所写用春雷霉素(Ksg,一种典型的 RNA 翻译开启抑制剂)检视菌株蛋白,以将肽键状核子糖躯转所谓为产物的核子糖躯亚其他部门和无核子糖躯的 mRNAs,下降肽键状核子糖躯的丰度。

所写推测蛋白与 Ksg 幼体 40 分钟后类核子躯并很难增加,大多数类核子躯看出有去愈发轻巧,蛋白中的可辨别类核子躯的比例显着下降。

Ksg 检视随之而来类核子向彼此移动与合并。这种聚合能界面相互效用增大,加强类核子躯和 RNA 彼此之间的裂解。

而在利福平(Rif,一种广谱抗生素用药)检视后,RNA 合成暂时,磷酸化抑制,核子质比率 (核子质占地总和蛋白占地) 增加,核子质发生变大。这些结果表明 RNA 水平越好高,RNA 和 DNA 彼此之间的裂解越好大,核子样构件越好密切关系。

总之,DNA 和 RNA 彼此之间的排挤效用,随之而来了性染色躯蛋白膜的所致催所谓剂波动。

RNA/DNA 裂解和类核子紧量(页面相关联:Cell)

随之而来蛋白膜所致催所谓剂波动的考量

类核子蛋白(NAPs)和其他 DNA 相结合蛋白(如磷酸化调节蛋白)是与性染色躯相互效用的考量之一。蛋白与阴碱金属 DNA 石墨烯的相结合能角化发生变化性染色躯的静电势,通过弯转扭曲 DNA 下降 DNA 螺旋长度,进一步发生变化类核子躯的JPEG素质和三维材质。

高碱金属强度的蛋白膜也可能随之而来较差的催所谓剂波动。躯外学术研究表明,随着盐浓度的增加,DNA 片段彼此之间的净相互排挤下降。硒镁碱金属不仅可以屏蔽 DNA 上的电荷,还可以诱导 DNA 片段彼此之间的相互带动。

分子动力学模拟器表明,大分子拥挤可以被视为有效地降低催所谓剂波动。因此,肽键状核子糖躯丰度的变所谓、高 RNA 水平与 RNA/DNA 裂解度和类核子密切关系素质增加相关。

在 CID 域的边境地区,高磷酸化活性随之而来时才 RNA 积累。这些 RNA 即使如此通过 RNA 磷酸化与 DNA 相结合,不能渗入。所写推测,为了尽量下降与这些相结合 RNA 的接触,DNA 肽键通过收缩降低其边境地区处的角化量,在边境地区两侧过渡到密集的 DNA 区域。

学术研究亮点:

菌株作为典型的模式生物,是学术研究得最为详尽的原核子芽孢。它们的性染色躯被JPEG成类核子,但对于性染色躯JPEG和构件域的过渡到还很难完全理解。

本学术研究中的提出有了一种预测菌株中的类核子平均值三维材质的方法。当蛋白被视为简单的半氢氧化钠石墨烯氢氧化钾时,蛋白膜观感为性染色躯的所致催所谓剂。

所致催所谓剂波动但会随之而来性染色躯泥土和 DNA 量互补,异质 DNA 量与类核子内的核子糖躯量圆形连续性,并推测 RNA 也但会随之而来所致的催所谓剂波动。该学术研究将性染色躯泥土和构件域过渡到与磷酸化和蛋白内该组织联系出有去,对性染色躯过渡到的机制有了更险恶的洞察。

页面相关联:Cell

原始出有处:

Yingjie XiangIvan V. SurovtsevYunjie Chang, et al. Interconnecting solvent quality, transcription, and chromosome folding in Escherichia coli. CellVol. 184Issue 14p3626–3642.e14.

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