Cell:「小身体,大智慧」Cell 重磅揭示大肠杆菌染色体折叠模式及阻碍因素

2021-12-27 01:32:09 来源:
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线粒本体是线粒本体生命活动的气态本体基础,与多种线粒本体更必要性便是,如调控、DNA 修复和线粒本体分开,其适当粘贴至关重要。所有线粒本体都须将自身的基因组通过粘贴压缩成在一个小本重量权利空间当里面。

与真核子线粒本体基本上相同,生物本体线粒本体没有核子膜,并且不会将其线粒本体 DNA 之外包装成十分相似核子小本体的重复本体单元。然而,它们始终粘贴并集里面它们的线粒本体气态,转变成一个自适应的、有许多组织的 DNA 网络,称为类核子(nucleoid)。

近日,美国耶鲁大学 Christine Jacobs-Wagner 分析小组在 Cell 杂志上发表了题为 Interconnecting solvent quality, transcription, and chromosome folding in Escherichia coli 的研究成果,说明了了病原本体里面的线粒本体粘贴连续性。

在本分析里面,原作者采用线粒本体的简单树脂物理学视角,将线粒本体质视为树脂溶剂,其里面树脂是 DNA,有机溶剂是线粒本体质里面的其他所有气态(例如,水、代谢物、亚基质、核子糖本体和 RNA)。

根据树脂-有机溶剂强子,有机溶剂的质量大致分为三种类别:很好、很好和差。

在很好effect的有机溶剂里面,树脂和有机溶剂彼此间的强子远胜树脂单链段彼此间的强子。相反,在妨碍有机溶剂里面,树脂单链段彼此间的强子比它们与有机溶剂的强子更有利。很好状态则是轻视和吸纳强子被互不抵消。

类核子周边地区内 DNA 沸点(图像比如说:Cell)

病原本体线粒本体里面的各部位千分之类核子本重量

在摄取无用和摄取非常丰富的前提下,线粒本体 DNA 含量和类核子本重量基本保持恒定。

为了探测类核子一维本重量,分析技术人员使用病原本体菌株(CJW6340,表达比如说 GFP 标有的人工设计的亚基质,该亚基质自组装成 25 nm 的 60 个亚基十二面本体纳米蔓)展开单粒子测试。

单粒子测试显示类核子不假定权利空间位阻,整本体千分之均方位移与布朗运动明确,所述千分之类核子一维尺码> 25 nm。

使用较小的探头 GFP-μNS 胶本体(千分之本重量为 58 nm)的探头,见到其定位在线粒本体极区(即身处类核子)的确实性增大,推估各部位千分之类核子一维本重量左右为 50 nm。

各部位千分之类核子一维尺码的推估(图像比如说:Cell)

线粒本体质是线粒本体的妨碍有机溶剂并促成线粒本体碱基的转变成

通过线粒本体羧基的 3D 蒙特卡罗三维将病原本体线粒本体建模为权利互不连接的单链,调整毗连 DNA 相片彼此间角度范围的左右束,以三维有机溶剂质量。

三维说明了了基本上相同有机溶剂前提下线粒本体羧基的相当大差异:

比起很好和很好的有机溶剂前提,在妨碍有机溶剂前提下,DNA 量只不过在权利空间上越发不光滑,与用超分辨率发光图像观察的生物本体类核子 DNA 量的权利空间表征性明确。相比于很好的有机溶剂,线粒本体质的妨碍有机溶剂effect可以致使多至 60 倍的线粒本体压缩成比。

在妨碍有机溶剂里面,DNA 相片往往彼此更接近,致使转变成 DNA 量更高的周边地区与 DNA 量很低的周边地区变化多端。这种 DNA 量的权利空间表征性产生了看不见现象,以增大很薄的千分之一维尺码,并允许较小的粒子通过。

而在很好和很好的有机溶剂前提下,类核子 DNA 量在权利空间上越发光滑,千分之一维尺码较小。

线粒本体质里面有效的妨碍有机溶剂可以促成线粒本体碱基(domain)的转变成,这种本体十分相似 Hi-C 测试里面所见到的本体细胞互相均匀分布变量(CIDs)。只有在较差有机溶剂前提下才能看到大的域状本体。

病原本体线粒本体羧基在基本上相同类别有机溶剂里面的三维(图像比如说:Cell)

类核子精子核子糖本体量的权利空间表征性与DNA量排列成其所

核子糖本体主要以胺基核子糖本体形式假定,氟化物在类核子周边地区都有。岩层修缮和核子糖本体定位显示,核子糖本体量更持续性不光滑。除了预期的核子糖本体在线粒本体附近氟化物之外,核子糖本体在线粒本体质里面乏善可陈出量的表征性,都有在线粒本体的里面心周边地区 (即类核子区)。

在类核子精子,核子糖本体发光信号与 DNA 信号排列成其所,这说明线粒本体质的妨碍有机溶剂effect是致使 DNA 量不光滑的主因,而 DNA 量不光滑又反过来阻碍了核子糖本体的定位。

病原本体层析图里面核子糖本体的权利空间分布(图像比如说:Cell)

核子糖本体量与类核子周边地区内的 DNA 排列成其所(图像比如说:Cell)

基本上相同有机溶剂里面线粒本体本重量的三维结果(图像比如说:Cell)

RNA是致使线粒本体质妨碍有机溶剂effect的主因

如果胺基核子糖本体壅塞是核子样密切化时的主要促成主因,那么这个假说预示,即使RNA不受阻碍,胺基核子糖本体总质量的增大也会致使类核子样扩张。

为了检验这种确实性,原作者用春雷类固醇(Ksg,一种类似的 RNA 翻译启动依赖性剂)执行病原本体线粒本体,以将胺基核子糖本体转化时为一般来讲的核子糖本体亚各单位和无核子糖本体的 mRNAs,增大胺基核子糖本体的总质量。

原作者见到线粒本体与 Ksg 孵育 40 分钟后类核子本体并没有缩减,大多数类核子本体好像越发紧凑,线粒本体里面可辨别类核子本体的比率显着增大。

Ksg 执行致使类核子向彼此回转与分割。这种肽键能应用程序强子变短,促成类核子本体和 RNA 彼此间的分开。

而在利福平(Rif,一种广谱抗生素药物)执行后,RNA 合成停止,RNA依赖性,核子质比率 (核子质面积成正比线粒本体面积) 增大,核子质引发减小。这些结果得出结论 RNA 很低水平越更高,RNA 和 DNA 彼此间的分开越大,核子样本体越密切。

总之,DNA 和 RNA 彼此间的轻视作用,致使了线粒本体线粒本体质的妨碍有机溶剂effect。

RNA/DNA 分开和类核子密切度(图像比如说:Cell)

致使线粒本体质妨碍有机溶剂effect的主因

类核子亚基(NAPs)和其他 DNA 结合亚基(如RNA调节亚基)是与线粒本体强子的主因之一。亚基与化合物 DNA 树脂的总能量均匀分布改变线粒本体的静电势,通过弯转联想 DNA 增大 DNA 螺旋总长度,必要性改变类核子本体的压缩成往往和一维尺码。

更高离子准确度的线粒本体质也确实致使较差的有机溶剂effect。灌注分析得出结论,随着盐沸点的增大,DNA 相片彼此间的地藏互不轻视增大。二价磷离子不仅可以屏蔽 DNA 上的电荷,还可以作用于 DNA 相片彼此间的互不吸纳。

分子动力学三维得出结论,大分子壅塞可以被视为直接减缓有机溶剂effect。因此,胺基核子糖本体总质量的转变、更高 RNA 很低水平与 RNA/DNA 分开度和类核子密切往往增大相关。

在 CID 域的边界,更高RNA活性致使新生 RNA 积累。这些 RNA 始终通过 RNA 肽键酶与 DNA 结合,不能蔓延。原作者所述,为了尽量增大与这些结合 RNA 的注意到,DNA 单链通过之外周减缓其边界处的均匀分布量,在边界中间转变成密集的 DNA 周边地区。

分析亮点:

病原本体作为类似的模式生物,是分析得最为详尽的噬菌本体子生物本体。它们的线粒本体被压缩成成类核子,但对于线粒本体压缩成和碱基的转变成还没有基本上理解。

本分析里面提出了一种预见病原本体里面类核子千分之一维本重量的方法有。当线粒本体被视为简单的半混合物树脂溶剂时,线粒本体质乏善可陈为线粒本体的妨碍有机溶剂。

妨碍有机溶剂effect会致使线粒本体硬化时和 DNA 量表征性,表征 DNA 量与类核子内的核子糖本体量排列成其所,并见到 RNA 也会致使妨碍的有机溶剂effect。该分析将线粒本体硬化时和碱基转变成与RNA和线粒本体膜许多组织关联紧紧,对线粒本体转变成的机制有了更深入的探究。

图像比如说:Cell

原始注解:

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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