Cell:「小身体,大智慧」Cell 早早揭示大肠杆菌染色体折叠模式及影响因素

2021-12-06 02:13:19 来源:
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基因是肝细胞生命活动的化学物质在结构上基础,与多种肝细胞过程关的,如基因表达、DNA 翻修和基因分立,其正确接合至关重要。所有肝细胞都须将自身的基因组通过接合加速在一个小表总长度紧致当里面。

与真质子肝细胞不同,细菌肝细胞没质子膜,并且不就会将其基因 DNA 包装成像是质子小基底的重复在结构上单元。然而,它们仍然接合并集里面它们的基因化学物质,呈现出一个静态的、有一个组织的 DNA 网络,称为类质子(nucleoid)。

昨日,美国耶鲁大学 Christine Jacobs-Wagner 研究课题的小组在 Cell 杂志上刊登了题为 Interconnecting solvent quality, transcription, and chromosome folding in Escherichia coli 的论文,阐述了细菌里面的基因接合规律。

在本研究课题里面,写作者采用肝细胞的简单塑料天基底物理学视角,将叶绿基底视为塑料溶液,其里面塑料是 DNA,组分是叶绿基底里面的其他所有化学物质(例如,水、代谢物、亚基质、转录和 RNA)。

根据塑料-组分作用力,组分的质量粗略分为三种类型:期望、较顶多和顶多。

在较顶多畸变的组分里面,塑料和组分密切关系的作用力优于塑料链段密切关系的作用力。也就是说,在连带组分里面,塑料链段密切关系的作用力比它们与组分的作用力更加有利。期望长时间则是排斥和欣赏作用力被相互抵消。

类质子区外内 DNA 浓度(幻灯片比如说:Cell)

细菌肝细胞里面的各部位平均值类质子基底积

在营养贫乏和营养丰富的条件下,肝细胞 DNA 含量和类质子基底积前提保持不变。

为了观测类质子几何基底基底积,研究课题医务人员应用于细菌菌株(CJW6340,表达带有 GFP 标记的人工设计者的亚基质,该亚基质自组装成 25 nm 的 60 个亚基十二面基底纳米笼内)进行单量子实验。

单量子实验显示类质子不存在紧致位阻,整基底而言平均值均方位移与布朗运动恰当,推测平均值类质子几何基底宽度> 25 nm。

应用于更加大的探针 GFP-μNS 颗粒(平均值基底积为 58 nm)的探针,发现其适配在肝细胞较极低纬度(即游走类质子)的可能性增大,大约各部位平均值类质子几何基底基底积约为 50 nm。

各部位平均值类质子几何基底宽度的大约(幻灯片比如说:Cell)

叶绿基底是基因的连带组分并促成基因在结构上域的呈现出

通过基因顺式的 3D 蒙特卡罗实时将细菌基因建模为自由人连接的链,缩减相邻 DNA 影片密切关系角度范围的约束,以实时组分质量。

实时阐述了不同组分条件下基因顺式的前所未见顶多别:

相对于期望和较顶多的组分条件,在连带组分条件下,DNA 通量似乎在紧致上更加加不均匀,与用超解析度荧光图像观察的细菌类质子 DNA 通量的紧致表征恰当。远比于较顶多的组分,叶绿基底的连带组分畸变可以引致多至 60 倍的基因加速比。

在连带组分里面,DNA 影片经常彼此更加接近,引致呈现出 DNA 通量较极低的区外与 DNA 通量极低的区外交替。这种 DNA 通量的紧致表征产生了或许成因,以增大表面的平均值几何基底宽度,并允许更加大的物基底通过。

而在期望和较顶多的组分条件下,类质子 DNA 通量在紧致上更加加均匀,平均值几何基底宽度较小。

叶绿基底里面有效性的连带组分可以促成基因在结构上域(domain)的呈现出,这种在结构上像是 Hi-C 实验里面所见到的细胞核互相作用域(CIDs)。只有在较顶多组分条件下才能看到大的域状在结构上。

细菌基因顺式在不同类型组分里面的实时(幻灯片比如说:Cell)

类质子细胞内转录通量的紧致表征与DNA通量红褐色负相关

转录主要以胺基转录形式存在,富含在类质子区外之外。断层重建和转录适配显示,转录通量较极低度不均匀。除了预期的转录在肝细胞外面富含外,转录在叶绿基底里面表现单单通量的表征,包括在肝细胞的里面心区外 (即类质子区)。

在类质子细胞内,转录荧光波形与 DNA 波形红褐色负相关,这说明叶绿基底的连带组分畸变是引致 DNA 通量不均匀的原因,而 DNA 通量不均匀又反过来冲击了转录的适配。

细菌层析图里面转录的紧致分布(幻灯片比如说:Cell)

转录通量与类质子区外内的 DNA 红褐色负相关(幻灯片比如说:Cell)

不同组分里面基因基底积的实时结果(幻灯片比如说:Cell)

基因表达是引致叶绿基底连带组分畸变的原因

如果胺基转录挤迫是质子样彼此密切关系化的主要促成各种因素,那么这个假说预言,即使基因表达不受冲击,胺基转录同位素的提高也就会引致类质子样扩张。

为了检验这种可能性,写作者用春雷霉素(Ksg,一种值得注意的 RNA 翻译启动消除剂)单单口处理事件细菌肝细胞,以将胺基转录转化为游离的转录亚单位和无转录的 mRNAs,提高胺基转录的同位素。

写作者发现肝细胞与 Ksg 圈养 40 分钟后类质子基底并没扩充,大多数类质子基底看慢慢地更加加紧凑,肝细胞里面可辨别类质子基底的数目显着提高。

Ksg 单单口处理事件引致类质子向彼此移动与合并。这种聚合能介面作用力变小,促成类质子基底和 RNA 密切关系的分立。

而在利福平(Rif,一种广谱抗生素口服)单单口处理事件后,RNA 合成停止,基因表达消除,质子质比率 (质子质总长度除以肝细胞总长度) 增大,质子质发生膨胀。这些结果表明 RNA 高度越加较极低,RNA 和 DNA 密切关系的分立越加大,质子样在结构上越加彼此密切关系。

总之,DNA 和 RNA 密切关系的排斥作用,引致了基因叶绿基底的连带组分畸变。

RNA/DNA 分立和类质子紧通量(幻灯片比如说:Cell)

引致叶绿基底连带组分畸变的各种因素

类质子亚基(NAPs)和其他 DNA 为基础亚基(如基因表达调节亚基)是与基因作用力的各种因素之一。亚基与阴原子 DNA 塑料的为基础能发散发生变化基因的静电势,通过弯转扭曲 DNA 提高 DNA 螺旋长度,有利于发生变化类质子基底的加速程度和几何基底宽度。

较极低原子风速的叶绿基底也可能引致较顶多的组分畸变。粘液研究课题表明,随着盐浓度的增大,DNA 影片密切关系的净相互排斥提高。阴原子磷原子不仅可以屏蔽 DNA 上的电场,还可以作用于 DNA 影片密切关系的相互欣赏。

分子动力学实时表明,氨基酸挤迫可以被视为有效性地降极低组分畸变。因此,胺基转录同位素的变化、较极低 RNA 高度与 RNA/DNA 分立度和类质子彼此密切关系程度增大相关。

在 CID 域的边界,较极低基因表达活性引致新生 RNA 积累。这些 RNA 仍然通过 RNA 聚合酶与 DNA 为基础,不能扩散。写作者推测,为了尽量提高与这些为基础 RNA 的碰触,DNA 链通过收缩降极低其边界单单口处的发散通量,在边界两侧呈现出密集的 DNA 区外。

研究课题卖点:

细菌作为值得注意的模式生物,是研究课题得最为详尽的原质子细菌。它们的基因被加速成类质子,但对于基因加速和在结构上域的呈现出还没完全理解。

本研究课题里面提单单了一种预测细菌里面类质子平均值几何基底基底积的法则。当肝细胞被视为简单的半稀释塑料溶液时,叶绿基底表现为基因的连带组分。

连带组分畸变就会引致基因压实和 DNA 通量表征,异质 DNA 通量与类质子内的转录通量红褐色负相关,并发现 RNA 也就会引致连带的组分畸变。该研究课题将基因压实和在结构上域呈现出与基因表达和肝细胞内一个组织关系慢慢地,对基因呈现出的选择性有了更加深入的了解。

幻灯片比如说:Cell

原始单单单单口处:

Yingjie XiangIvan V. SurovtsevYunjie Chang, et al. Interconnecting solvent quality, transcription, and chromosome folding in Escherichia coli. CellVol. 184Issue 14p3626–3642.e14.

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