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科学家们揭示了DNA如何组织和保存遗传信息

2019-05-23 14:42:29 • 来源：

约翰斯·霍普金斯大学医学院的两位科学家揭开了DNA如何组织和保存遗传信息的各个方面。Cynthia Wolberger博士和James Berger博士的新发表的研究，他们的实验室并排坐在一起，仔细研究了DNA机械拼图如何组合在一起。

科学家们揭示了DNA如何组织和保存遗传信息

新研究揭示了DNA组织的意外变化

为了使DNA中的基因“开启”和“关闭”，细胞中的酶必须与核小体相互作用，核小体是含有允许细胞组织DNA的蛋白质的复合物。一种这样的酶Dot1L在混合谱系白血病中发生突变，这是一种儿童白血病。

必须首先将称为遍在蛋白的小蛋白标签附着到核小体上以帮助募集Dot1L。然而，直到约翰霍普金斯大学医学院生物物理学和生物物理化学教授Cynthia Wolberger博士和Evan Worden博士，Dot1L酶如何与核小体或泛素标签物理连接尚不清楚。她的实验室的博士后研究员使用一种称为低温电子显微镜(cryo-EM)的成像工具来冻结核小体和Dot1L中的分子，看看这两者是如何相互作用的。

他们在2月份在Cell上发表的这项研究中发现的是出乎意料的：Dot1L改变了核小体的形状，使其与Dot1L酶更紧密地结合。

用cryo-EM拍摄的高分辨率图像揭示了核小体核心中前所未有的前所未有的变化。当Dot1L连接时，来自核小体中心的尾部向上摆动以将酶固定到其表面，导致核小体结构中的其他一系列变化。

研究人员说，这种观察代表了我们对遗传病的思考方式的转变，因为核小体结构的变化会影响我们的细胞如何获取DNA。“这为发现打开了新的大门，我们甚至不知道在那里，”沃登说。

特别是对于儿童白血病，发现核小体如何改变形状以与Dot1L良好契合可以揭示寻找针对该连接的新疗法的机会。

科学家们一起拼凑DNA复印机的工作原理

它在整个人体中发生了数万亿次：微小的分子机器将DNA复制到一个细胞内，然后制作两个，希望确切的60个DNA片段，而不会产生错字。

科学家使用术语“replisome”来指代复制DNA的分子机器。replisome是蛋白质和酶的集合，它们连接在一起形成DNA复制机。“我们理解replisome的不同部分如何工作，但我们不理解它们如何协同工作，”Berger说，他的实验室专门拼凑DNA如何复制自己。

伯杰说，复制品就像一个自给自足的复印机，卷入一片DNA并吐出两份。运行复印机的电机称为解旋酶。它解开并解开双链DNA，因此复制机器可以访问和复制存储在遗传密码中的分子信息。像许多汽车发动机一样，螺旋驱动器由六个圆柱体或“环”驱动，环绕并沿着DNA螺纹移动。

伯杰的研究小组研究细菌，找出一种名为DnaC的酶如何将一个解旋酶环加载到DNA上。在2月发表在Molecular Cell上的一份报告中，科学家发现DnaC与解旋酶结合，并使用其六个臂中的一个，将环打开，将其打开并将环连接到DNA链上。然后，DnaC关闭了。

伯杰的实验室正在继续研究DnaC如何从复印机复合体中弹出，解旋酶电机如何固定在复制复合体上以及解旋酶如何沿DNA移动。这些发现将有助于为解旋酶用于抗菌治疗铺平道路，并将提供有关突变解旋酶发生故障时遗传疾病如何产生的见解。

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