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新型的成像技术揭示DNA形成染色体端粒的特殊结构

来源:sohu 作者: 2016-2-16

摘要: 近日,刊登于国际杂志Scientific Reports上,来自匹兹堡大学等机构的研究人员利用新型的成像技术揭示DNA如何在蛋白质上循环缠绕帮助形成染色体端粒的特殊结构。 该研究为理解端粒的结构及其如何维持提供了新的思路。端粒是线性染色体末端的保护性“帽子”,从功能角度来讲,端粒更像是鞋带末端的金属箍一样,保护鞋......


    近日,刊登于国际杂志Scientific Reports上,来自匹兹堡大学等机构的研究人员利用新型的成像技术揭示DNA如何在蛋白质上循环缠绕帮助形成染色体端粒的特殊结构。

    该研究为理解端粒的结构及其如何维持提供了新的思路。端粒是线性染色体末端的保护性“帽子”,从功能角度来讲,端粒更像是鞋带末端的金属箍一样,保护鞋带不解散开;在健康细胞中,端粒会通过“吞食”任何突出的DNA末端形成一种套索样的T型环状结构来保护染色体,如果没有端粒细胞的DNA修复蛋白就会阅读俯垂的DNA并以其作为损伤位点进行修复,并且试图结合染色体或者发送特殊的蛋白对其进行消化。

    研究者表示,一种名为端粒重复结合因子2(TRF2)的蛋白是维持端粒结构完整性的关键,而这要取决于该因子在T型环状结构形成过程中扮演的角色,但研究者并不知道由TRF2介导的DNA压缩和T环形成背后隐藏的机制。研究者Hong Wang说道,TRF2可以压缩DNA,这对于T环形成非常重要,但在此前工作中研究者并不清楚TRF2压缩DNA的原因和机制,研究者仅能看到DNA链沿着TRF2复合物进进出出,却看不到TRF2复合物中的DNA,这或许是因为利用传统的原子力显微镜仅能看到蛋白-DNA显现一个单团(a single blob)结构,同时DNA的轨迹信息也是缺失的。

    本文研究中,研究人员利用了一种新型成像技术,即双共振频率增强静电力显微镜(DREEM)技术,该技术采用的原理是DNA会以负电荷的形式沿着其“支柱”进行缠绕,而且相比较扫描DNA区域时,该技术在扫描蛋白时其更容易检测到微弱的静电作用的差异所在,因此DREEM技术就可以对组蛋白外部的DNA包装结构进行直接观测。研究者Wang说道,DREEM技术可以帮助我们通过TRF2复合物清楚观察到DNA的轨迹,基于成像结果我们就可以阐明端粒内部两种不同顺序的DNA压缩方式,在复合物内部DNA可以缠绕在TRF2上,随后多个TRF2分子就会聚集在一起形成DNA环状结构从TRF2蛋白结构中凸现出来。

    研究者认为这种突出的环可以为端粒形成T型环状结构提供进入位点,而整个过程最终也将帮助维持端粒保护染色体末端的角色,并且减缓端粒DNA的损失,未来研究者的一项工作就是确定是否存在这样的情况以及其所发生的机制,相关研究由NIH等机构提供资助。


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