Jawatan Popular

Pilihan Editor - 2019

Penemuan motor kromosom menyokong ekstrusi gelung DNA

Anonim

Ini adalah salah satu misteri yang hebat dalam biologi: bagaimana sel secara mendistribusikan DNA yang direplikasi di antara dua sel anak perempuan? Selama lebih dari satu abad, kita telah mengetahui bahawa DNA dalam sel adalah setanding dengan seperempat spaghetti: serpihan besar yang disatukan. Sekiranya sel manusia mahu membahagikan, ia perlu membungkus dua meter DNA ke dalam pakej kecil yang bersih: kromosom. Pembungkusan ini berlaku menggunakan protein yang dipanggil condensin, tetapi bagaimana? Ketika ditanya soalan ini, saintis terbahagi kepada dua kubu: yang pertama berpendapat bahawa protein berfungsi seperti cangkuk, secara rawak menggenggam di suatu tempat di tengah-tengah DNA dan mengikatnya bersama-sama. Kem lain berpendapat bahawa protein berbentuk cincin menarik DNA ke dalam untuk membuat gelung. Dengan artikel yang diterbitkan minggu ini di Science, para penyelidik dari TU Delft, Heidelberg dan Columbia University memberi 'kem-pengumpulan gelungan' rangsangan yang ketara: mereka menunjukkan bahawa kondensin memang mempunyai daya motor 'putative'.

iklan


Pemeluwapan

Seawal tahun 1882, ahli biologi Walter Flemming mencatatkan proses 'pemeluwapan' DNA. Melihat melalui mikroskop, dia melihat bagaimana sebuah sel rapi menggabungkan berkas DNA dan seterusnya membahagikannya kepada dua sel baru. Walau bagaimanapun, butir-butir yang tepat mengenai proses ini tetap menjadi misteri selama lebih dari 100 tahun.

Pencipta gelung DNA

'Ada sekolah yang berbeza mengenai soalan ini dalam bidang biologi sel', menerangkan ahli nanobiologi dan ketua penyelidikan Cees Dekker dari Institut Kavli TU Delft. 'Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, hipotesis bahawa condensin melumpuhkan gelung telah memenangi tanah, disokong oleh simulasi komputer. Ideanya ialah bahawa kondensin berbentuk cincin merangkul DNA dan menariknya melalui cincinnya dengan cara seperti gelung. Ini hanya mungkin jika protein mempunyai aktiviti motor. Satu masalah dengan model penyemperitan gelung ini ialah, sehingga kini, fungsi motor jenis ini tidak dikesan. Di samping itu, terlalu banyak tenaga diperlukan untuk menarik gelung melalui cincin, jauh lebih banyak daripada penggunaan bahan api yang diperhatikan untuk kondensin, tambah Prof Cees Dekker.

Fungsi motor

Dalam artikel mereka dalam Sains, penyelidik menunjukkan buat kali pertama bahawa kondensin sebenarnya mempunyai fungsi motor. Mereka memposisikan molekul DNA yang membentang di permukaan dan menambah protein kondensin, masing-masing dilengkapi dengan titik kuantum pemancingan cahaya untuk membolehkan pemerhatian. 'Kami memerhatikan bagaimana kondensin memang translocate sepanjang DNA. Ini hanya berlaku jika bahan api hadir, dalam kes ini molekul ATP - petrol yang menguasai semua proses dalam sel ', menerangkan Jorine Eeftens, pelajar siswazah di Delft dan salah seorang pengarang pertama. 'Hasilnya juga menunjukkan bahawa kondensin mengambil langkah-langkah yang sangat besar pada DNA, dan oleh itu memerlukan ATP yang jauh lebih rendah daripada yang difikirkan sebelumnya'.

Dalam peringkat kedua penyelidikan mereka, para penyelidik menggantikan titik kuantum pemancingan cahaya pada kondensin dengan rentetan pemancaran DNA. Mereka sekali lagi menyaksikan kondensin bergerak dengan cara yang sama. Oleh itu, kondensin dapat memindahkan sekeping DNA yang berkaitan dengan yang lain, yang sepadan dengan idea suatu gelung yang terbentuk.

'Mekanisme pendasar yang tepat, jadi keterangan yang tepat mengenai bagaimana motor berfungsi, masih terbuka untuk dibincangkan. Tetapi penemuan ini sememangnya rangsangan besar ke kem penyemperitan gelung. Kami juga telah menunjukkan bahawa jumlah tenaga yang digunakan jauh lebih rendah daripada yang difikirkan sebelumnya, "kata Cees Dekker.

Kaedah perubatan

Penyelidikan ini merupakan langkah penting dalam pemahaman asas sel-sel kita, tetapi ia juga relevan untuk penyelidikan perubatan. Masalah dengan keluarga protein yang mana kondensin milik, protein SMC, berkaitan dengan keadaan keturunan seperti Sindrom Cornelia de Lange. Kondensin juga penting dalam organisasi kromosom semasa pembahagian sel, dan kesilapan dalam proses boleh menyebabkan kanser. Pemahaman yang lebih baik mengenai proses ini adalah penting untuk menjejaki asal-usul molekul penyakit serius.

iklan



Sumber Cerita:

Bahan yang disediakan oleh Delft University of Technology . Nota: Kandungan mungkin diedit untuk gaya dan panjang.


Rujukan jurnal :

  1. Tsuyoshi Terakawa et al. Kompleks kondensin adalah motor mechanokimia yang translocates sepanjang DNA . Sains, September 2017 DOI: 10.1126 / science.aan6516