新的实验室技术揭示了在DNA修复中起关键作用的蛋白质的结构和功能

   日期:2019-03-11     浏览:57    评论:0    
核心提示:通过结合两个高度创新的实验技术,伊利诺伊大学香槟分校的科学家们首次同时观察到特定的蛋白质的结构和相关功能的关键DNA的修复,
通过结合两个高度创新的实验技术,伊利诺伊大学香槟分校的科学家们首次同时观察到特定的蛋白质的结构和相关功能的关键DNA的修复,提供明确的一些高度争论问题的答案,开放新途径的调查和生物工程的一种令人振奋的新的可能性。

多年来,在分子水平上研究生物系统的科学家们一直在关注蛋白质分子的结构——原子是如何组织的——以阐明每个分子在细胞中发挥的不同功能。反之亦然:观察特定的蛋白质分子所做的特定工作,为研究它们各自分子的构象提供了重要线索。但直到最近,我们最先进的实验室实验还只能研究一种时间静态形式或动态功能,并从结果推断出另一种。这种间接的方法通常不能提供明确的答案。


现在伊利诺斯州的生物物理学家Taekjip Ha和Yann Chemla已经将两种尖端的实验室技术结合起来,直接研究蛋白质的结构-功能关系。Ha因其创新的单分子荧光显微镜和光谱学技术而闻名。Chemla是光学捕获技术的顶级专家。他们的联合方法——同时荧光显微镜和光学追踪——比任何一种技术都能独立地对结构与功能之间的关系给出更明确的答案。


Ha和Chemla通力合作,各自在实验室中应用了上述技术,并取得了决定性的结果。这些实验的结果分别发表在4月17日出版的《科学》杂志的两篇文章中。


Chemla的实验室团队研究了解旋酶UvrD的结构-功能关系。UvrD是一种在大肠杆菌中发现的蛋白质,它通过解开和拉开DNA链来分离需要修复的DNA链。在人类体内,也有一种类似的蛋白质执行着同样重要的过程。Chemla团队研究的第一个问题是,执行这项任务需要多少UvrD蛋白——最近科学家之间的争论中,这个数字不是一种就是两种。


“我们回答这个问题的方法是,”Chemla解释说,“我们在每个蛋白质上都放上一个荧光染料分子,这样我们就可以对它们进行计数。然后我们用一个光学陷阱观察了它的展开。我们发现一个单独的UvrD解旋酶可以做一些事情——它可以解开DNA,但作用并不大。它只是来回移动一小段距离,所以我们称之为“沮丧”。当我们有两个UvrD分子时,它似乎会进一步展开,不会来回移动那么多。”


Chemla的团队还解决了UvrD中结构-功能关系的一个问题。与UvrD相关的有两种不同的结构或状态,即分子处于“开放”或“关闭”位置。多年来,专家们一直在讨论与每个国家有关的职能。


“这次,我们使用了smFRET(单分子荧光共振能量转移)。我们在分子上涂上两种染料,根据它们之间的距离,我们可以看到一种或另一种颜色的光,这表明分子是处于打开或关闭的位置。然后我们用一个光学陷阱观察分子是否解开了双链DNA。


“我们发现这些分子实际上是从开到关再转回来的。事实证明,关闭状态下,使用扭矩扳手动作,就可以解开钢绞线。开放的状态允许这些链压缩在一起。”


在Ha的实验室里,研究小组设计了一种结构上类似的解旋酶蛋白Rep,通过使用交联分子作为“胶带”将其固定在封闭或开放状态。


研究小组发现,当它被锁定在封闭的位置时,就会变成一种“超解旋酶”,能够在很远的距离解开双链DNA。锁定在打开的位置,解旋酶失效-它没有执行任何任务。


生物工程分子执行特定任务的能力具有应用前景,包括纳米孔技术的快速DNA测序。


Ha评论道:“我们设计的超螺旋酶是基于我们的基本基要
 
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