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从链到液滴 DNA控制的新见解

2018-12-26 10:08:27 • 来源：

许多蛋白质和其他分子位于我们DNA的链上，控制哪些基因被细胞读出和使用，并保持沉默。这种称为染色质的遗传物质和控制分子的聚集构成了我们细胞核中的染色体; 它控制哪些基因表达 - 或不表达 - 决定了皮肤细胞和神经元之间的区别，通常是健康细胞和癌细胞之间的区别。基因组的一部分仅在细胞核中松散地盘绕，允许细胞进入内部的基因，但是大部分被非常密集地压缩，防止基因形成被读取，直到它们的基因组区域再次展开。这些被称为异染色质的压缩区域由称为HP1α和类似蛋白质的蛋白质形成，但到目前为止，HP1α如何将这种限制性DNA与其他细胞核分离出来的确是一个谜。

从链到液滴 DNA控制的新见解

加州大学旧金山分校的研究人员在2017年6月22日发表在“ 自然 ” 杂志上的一项新研究中，首先看到的是失败的实验，而是揭示了HP1α与DNA片段结合并将其拉成保护遗传物质的液滴的有趣可能性。从核的分子机器内部读取和翻译基因组。

“这为细胞如何阻止基因的获取提供了一个非常简单的解释，”生物化学和生物物理学教授，该研究的高级作者Geeta Narlikar博士说。

“坏消息”引领新发现

Narlikar的研究生Adam Larson试图净化HP1α，并注意到他的样本中的液体变得混浊。对于蛋白质科学家来说，这通常是坏消息，Narlikar说：它表明应该溶解在水中的蛋白质反而聚集成无用的物质。

但拉森认为这些团块实际上可能是有用的。毕竟，之前的研究表明，HP1α的作用是将长链DNA固定成非常小的体积。如果这正是他在管中看到的那种结块怎么办?Larson将他的样品从Narlikar's带到了整个大厅的实验室，Roger Cooke博士是生物化学和生物物理学荣誉教授，他帮助他在显微镜下检查可能只是一个纠结的分子混乱。相反，Larson和Cooke在水中漂浮着细微的水滴，就像刚刚摇动的油和醋的混合物一样。

HP1α作为一种难以处理的蛋白质而闻名 - 任何溶液都过于浓缩，蛋白质会聚集在一起。但是，如果蛋白质应该聚集，Narlikar说，“我们无法解释的许多事情开始变得有意义。”

Narlikar推测，其他科学家之前可能已经看到了相同的云量，但认为它只是一个破坏的样本，从来没有像Larson那样追求它。“它展示了好奇心驱动的研究的力量，”她说。

快速压缩DNA

为了了解HP1α如何以及为何形成液滴，研究小组制作了不同的蛋白质突变体版本，观察哪些分离出来。通过观察蛋白质的哪些部分对于形成液滴很重要，并使用X射线监测蛋白质形状的变化，研究小组发现，当在cetain位置添加小的磷酸盐残基时，蛋白质的长度几乎翻倍。“这个分子确实打开了，”纳利卡说。“我对改变的规模感到惊讶。”

这种开放暴露蛋白质的带电区域，其粘在一起，将溶解的蛋白质对转变成长链，一起聚集成液滴。就像香醋的黑暗和美味的分子在没有厨师的额外努力的情况下不会渗入沙拉酱的油中一样，用于读取DNA的分子不会渗入HP1α液滴中。

Narlikar表示，这种形状的剧烈变化来自如此小的修改，这可能使细胞能够紧密调节HP1α沉默基因的位置和时间。这些变化也很快而且很强劲 - 使用Sy Redding博士，桑德勒研究员博士所采用的技术，团队创造了DNA分子的“幕布”，直接由流体周围的液体流动，然后加入HP1α并观察蛋白质将DNA压缩成微小的水滴，将它折叠起来逆流而上。

“人们已经看到了一百多年，你在细胞核中得到了这些密集的DNA区域，”博士生Madeline Keenen说道。经营幕布实验的学生。“现在我们看到了实际的机制。”

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