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环形蛋白质复合物与DNA结合

赖斯大学的生物物理学家有一种新的细胞力学理论,这种理论是正确的。

JoséOnuchic的Rice实验室确定了缩合蛋白复合物的结构。这项工作解决了这个问题,即这个复合物是一个单环,它是两条双链DNA还是一个分子“手铐”,它由两个连接的环组成,每个环都缠绕着一条双链。

由赖斯博士后研究员Dana Krepel领导的团队使用了一套最先进的分析工具来打电话:这是一个单一的戒指。

他们的工作是了解蛋白质在整个有丝分裂和细胞生命周期的所有阶段的染色体结构上的活动的第一步。这种理解将有助于科学家学习如何更好地治疗遗传性疾病,包括癌症。

莱斯团队为期两年的研究结果发表在“美国国家科学院院刊”上。Condensin完成了这个词的含义:它有助于将染色体浓缩到细胞的细胞核中。最近的研究表明,缩合素及其蛋白质伴侣cohesin挤出DNA。但到目前为止,还没有人确定凝聚素蛋白如何聚合成它们的功能形式。Krepel从五个亚基组成的细菌凝聚素复合物开始进行分析,其中包括两个结构维持的染色体(SMC)蛋白质,这些蛋白质作为铰链聚集在一起,而长的kleisin蛋白质构成环的其余部分。人类真核细胞核中的复合物 - 未来分析的目标 - 与它们更古老的对应物相似。

Krepel通过组合和比较有关单个蛋白质的原子结构和基因序列的现有数据将拼图拼凑在一起。这些结构来自蛋白质片段的可用X射线晶体学和通过直接偶联分析(DCA)的序列信息,DCA是由Onuchic及其同事在2011年引入的基于统计的程序,其比较了共同进化的蛋白质中的氨基酸残基。“我们使用DCA来推断共同的氨基酸对,我们从实验中得到的蛋白质碎片很少,”Krepel说。“这是一个很好的起点,然后我们不得不把它们放在一起就像一个谜题。我们希望得到一个完整的结构并解决冲突,无论是单环还是双环。”

了解蛋白质如何一起进化是关键。“这是一种由许多蛋白质组成的模块化机制,”赖斯博士后研究员和共同作者Michele Di Pierro说。“结晶一种蛋白质更容易,但要弄清楚整个复合物的结构是非常困难的。这就是为什么它看起来很理想,即使我们没有这种结构,它也能让我们获得关于复合物的信息。 ““协同进化基本上是关于自然选择,”该研究的博士后研究员和共同作者Ryan Cheng补充道。“当你得到随机突变时,需要保留某些相互作用以保持复杂的功能。”“我们希望这两个残留物聚集在一起并匹配,它们将一起发展,”Onuchic说。“如果这个突变并且反应不好,另一个必须补偿.Dana问我们是否可以将这些序列信息与小晶体结构一起得到并确定这些巨大的结构,结果证明我们可以。”

莱斯的理论生物物理中心(CTBP)的Onuchic小组发表了一系列论文,将其蛋白质折叠理论扩展到更大的基因组。他预计正在进行的工作最终将揭示凝固素的机制。“这些东西必须凝结染色体,”他说。“人们都知道。但没有人知道他们是怎么做到的。”Onuchic说,其他人的研究表明,柔性铰链可以帮助打开和关闭环,作为允许DNA链进出的门,这一过程也是Rice研究所暗示的。但是,如果不知道复合体中每个分子的位置,就无法完全理解其功能和动力学。“我们知道凝聚素复合物是有效的,因为如果你去除它,就不会发生有丝分裂,”他说。“但是没有人理解这种机制。现在我们已经有了这种结构,我们首先了解了分子细节。”

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