DNA molekuly se přímo vzájemně vzájemně ovlivňují na základě sekvence

ZEITGEIST : MOVING FORWARD 時代の精神 日本語字幕 CC版 (Červen 2019).

Anonim

Proteiny hrají velkou roli v regulaci DNA, ale nová studie zjistí, že molekuly DNA přímo interagují jedna s druhou způsobem, který je závislý na sekvenci DNA a epigenetických faktorech. To by mohlo mít důsledky pro to, jak je DNA uspořádána v buňce, a dokonce jak jsou regulovány geny v různých typech buněk, tvrdí výzkumní pracovníci.

Vedené profesorem fyziky na univerzitě v Illinois Aleksiem Aksimentievem a profesorem biofyziky a biofyzikální chemie Taekjip Ha na Univerzitě Johns Hopkins a pomocným pracovníkem Centra fyziky živých buněk University of Illinois spolu s Aksimentievem výzkumníci publikovali svou práci v časopise Nature Communications.

"Stále ještě začínáme zkoumat fyzikální vlastnosti DNA. Není to jenom řada dopisů, " řekl Aksimentiev. "Je to složitá molekula s jedinečnými vlastnostmi." Převládající hypotéza je, že všechno, co se děje uvnitř jádra, způsob, jakým je DNA organizována, je veškerá práce bílkovin, což ukazuje, že přímé interakce DNA-DNA mohou hrát roli rozsáhlou organizaci chromozomů. "

Pomocí superpočítače Blue Waters v Národním středisku pro superpočítačové aplikace v kampusu v Illinois provedl Aksimentiev a postdoktorský výzkumník Jejoong Yoo podrobné simulace dvou molekul DNA interagujících v nabitém roztoku, jaký se nachází v buňce. Superpočítač jim umožnil mapovat jednotlivé atomy a jejich chování a měřit síly mezi molekulami. Zjistili, že i když molekuly DNA mají tendenci se navzájem odpuzovat ve vodě, v buňkách podobném prostředí mohou dvě molekuly DNA interagovat podle jejich příslušných sekvencí.

"V DNA abecedě je A, T, G a C. Zjistili jsme, že když sekvence je bohatá na A a T, je silnější přitažlivost, " řekl Aksimentiev. "Potom jsme se podívali na to, co to vlastně způsobuje na molekulární úrovni. Rádi bychom přemýšlet o DNA jako o symetrické helixě, ale ve skutečnosti existuje řada nárazů, které jsou methylskupinami, které považujeme za klíč k regulaci této sekvence závislé atrakce."

Jedním z postupů pro regulaci exprese genů je methylace, který přidává methylové skupiny do helixu DNA. V dalších simulacích výzkumníci zjistili, že methylové skupiny posilují přitažlivost, takže sekvence těžké v G a C s připojenými methylovými skupinami budou interagovat stejně silně jako sekvence bohaté na A a T.

"Klíčem je přítomnost nabitých částic v řešení, " řekl Aksimentiev. "Řekněme, že máte dva lidi, kteří se navzájem nelíbí, ale mně se mi líbí oba, takže se s nimi mohu podřídit a přivést je k sobě. molekuly DNA společně závisí na tom, kolik z nich je mezi molekulami. Když máme tyto hrboly, máme spoustu protiiontů. "

Ha a absolventský výzkumník Hajin Kim experimentálně ověřili nálezy simulací. S využitím pokročilých zobrazovacích technik s jednou molekulou izolovali dvě DNA molekuly uvnitř drobné bubliny, pak sledovali, jak molekuly interagují. Experimenty dobře odpovídaly datům ze simulací, a to jak pro interakce závislé na sekvenci, tak pro interakce mezi methylovanou DNA.

"Bylo úžasné vidět výpočetní předpovědi, které byly přesně popsány v našich experimentech, " řekl Ha. "Říká nám, jak přesné jsou simulace na atomové úrovni a ukazuje, že mohou řídit nové výzkumné cesty."

Vědci tvrdí, že pozorované interakce mezi molekulami DNA mohou hrát roli v tom, jak jsou v buňce uspořádány chromosomy a které jsou roztaženy nebo složeny kompaktně, určují funkce různých buněčných typů nebo regulují buněčný cyklus.

"Například, jakmile metylujete DNA, chromozóm se stává kompaktnějším. Zabraňuje tomu, aby se mobilní stroj dostal do DNA, " řekl Aksimentiev. "Je to způsob, jak zjistit, které geny jsou zapnuté a které jsou vypnuté. To by mohlo být součástí větší otázky, jak jsou uspořádány chromozomy a jak mohou organizační mechanismy ovlivňovat genovou expresi."

menu
menu