憑借微型技術鑷子 研究人員發(fā)現(xiàn)了細胞分裂的新方面

身體的細胞不斷分裂 - 這有點違反直覺，意味著它們不斷繁殖。因為當細胞分裂時，它不會分成兩個無用的一半，而是分成兩個完全功能的細胞。

為了使這個方案起作用，細胞必須首先制作其DNA的拷貝，以便每個隨后的“一半”都可以獲得必要的基因 - 經(jīng)過幾十年的研究后仍未完全了解的操作。

現(xiàn)在，洛克菲勒的一個科學家團隊通過新的高精度技術獲得了關于這一過程如何運作的重要見解。在Cell報道，他們最近對一種對DNA復制至關重要的酶的研究闡明了細胞分裂過程之前的混雜因素，并可能有一天推進癌癥等疾病的研究。

岔路

大多數(shù)情況下，DNA由兩條互補的鏈組成，它們彼此緊密地纏繞在一起，形成分子的標志性雙螺旋形狀。然而，這種構(gòu)造無論多么優(yōu)雅，都無法復制。在DNA被復制之前，其兩條鏈必須被酶CMG解旋酶“解壓縮”，該酶沿著單鏈滑動，在此過程中將其與其伴侶分開。

“由于這種拉鏈需要CMG解旋酶，它是地球上最基本的酶之一，”安東尼和朱迪思Evnin教授Michael O'Donnell說。

盡管如此，CMG并不是細胞分裂過程中唯一作用于DNA的細胞機器。事實上，DNA復制涉及整個分子團隊，統(tǒng)稱為replisome，執(zhí)行不同的任務以確保遺傳腳本的忠實再現(xiàn)。另一方面，當事情出錯時，一大堆修復酶負責修復一些受損或不正確的DNA。他們在稱為復制分支的區(qū)域上執(zhí)行操作，該區(qū)域恰好是CMG執(zhí)行其工作的同一站點。

這是一個擁擠的安排，研究人員花了很多年時間試圖了解其物流。O'Donnell解釋說，DNA鏈相當狹窄，所以如果修復酶位于復制叉上，那么解旋酶就沒有多少空間了。

O“Donnell和Shixin Liu，一位可視化單分子的專家，將他們的想法放在一起回答一個基本問題：當修復酶突然進入以修復受損DNA時，解旋酶在世界上哪里去了?

為了找到答案，研究人員使用一種稱為“ 光學鑷子 ” 的技術分析了DNA和CMG解旋酶之間的相互作用。它涉及將DNA的兩個末端附著的兩個珠子之間的單個DNA懸浮并施加張力，使得DNA分子開始解開 - 有效地產(chǎn)生復制叉。近年來，這種類型的納米級操作極大地擴展了科學家探索細胞復制和基因轉(zhuǎn)錄的各個方面的能力，使其成為研究CMG的理想工具。

結(jié)合光學鑷子和熒光顯微鏡，研究人員能夠觀察解旋酶如何與DNA結(jié)合，移動和解離DNA。通過這樣做，他們發(fā)現(xiàn)了對酶結(jié)構(gòu)和功能的驚人見解。

復制啟示

光學鑷子像兩根手握緊的一根繩子一樣固定在DNA上。而且，根據(jù)共同的理解，CMG像環(huán)一樣環(huán)繞DNA。除非有一些魔術師的手法，否則沒有辦法在一條繩子周圍放一個環(huán)而不放棄它的一端。然而，研究人員觀察到，當CMG處于具有鑷子DNA的解決方案中時，酶以某種方式設法將自身包裹在分子的一條鏈上 - 這一發(fā)現(xiàn)促使研究人員重新評估他們對酶的理解。

“這種情況發(fā)生的唯一方法就是戒指再次開啟和關閉以包圍DNA，”劉說。“因此，這是導致我們懷疑CMG有一個小門的第一條線索。”

另外的實驗證實，這種門開口確實存在于CMG中，并且它對無縫細胞分裂至關重要。研究人員提出，當CMG需要騰出復制叉時，它只需打開它的門，跳過它在DNA鏈上的當前位置，并移動到一個未被占用的部分。修復完成后，酶再次打開門，跳回原位，恢復生意。

除了闡明DNA復制機制的基本細節(jié)外，這些研究結(jié)果可能對理解和治療包括癌癥在內(nèi)的疾病具有重要意義。“CMG突變與多種癌癥有關，”劉說。“因此，了解這種酶的作用最終會導致研究人員進入新的藥物目標。”