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

2022-02-07 05:51:46 来源:
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基因是肝细胞心灵社交活动的化学物质结构基础,与多种肝细胞操作过程相类,如基因表达、DNA 重建和基因分开,其正确卷曲至关重要。所有肝细胞都须将自身的基因组通过卷曲压缩在一个小体积维度总括的。

与真反应器肝细胞相异,病菌肝细胞不能反应器膜,并且不才会将其基因 DNA 混搭成比如说反应器小体的反复结构单元。然而,它们一直卷曲并集中的它们的基因化学物质,过渡到一个动态的、有其组织的 DNA 网络,称为类反应器(nucleoid)。

近日,美国耶鲁大学 Christine Jacobs-Wagner 数据分析一个小组在 Cell 杂志上刊不止了题为 Interconnecting solvent quality, transcription, and chromosome folding in Escherichia coli 的论文,概述了酵母菌中的的基因卷曲渐进。

在本数据分析中的,原作者采用肝细胞的非常简单聚合物物理视角,将核酸看作聚合物氢氧化钾,其中的聚合物是 DNA,乙醇是核酸中的的其他所有化学物质(例如,冷水、代谢、受体质、反应器糖体和 RNA)。

根据聚合物-乙醇化学键,乙醇的精确度大抵分为三种各种类型:完美、极佳和差。

在极佳波动的乙醇中的,聚合物和乙醇彼此间的化学键优于聚合物肽键段彼此间的化学键。相反,在经常性乙醇中的,聚合物肽键段彼此间的化学键比它们与乙醇的化学键不够稳定。完美情况下则是仇视和吸引化学键被彼此彼此间平衡。

类反应器区邻接内 DNA 酸度(图表可能:Cell)

酵母菌肝细胞中的的基因表达最少类反应器大小不一

在养分匮乏和养分丰富的有条件下,肝细胞 DNA 纯度和类反应器大小不一基本依然不变。

为了探测类反应器几何体大小不一,数据分析人员适用酵母菌菌株(CJW6340,表达带有 GFP 标记的人工设计的受体质,该受体质自装配成 25 nm 的 60 个复合物十二面体碳纳米管笼)进行单粒子实验室。

单粒子实验室看出类反应器不存在维度位阻,整体最少均方位移与布朗运动完全一致,推测最少类反应器几何体大小不一> 25 nm。

适用不够大的磁性 GFP-μNS 微粒(最少大小不一为 58 nm)的磁性,找到其聚焦在肝细胞极区(即远离类反应器)的先前增大,少于基因表达最少类反应器几何体大小不一大约为 50 nm。

基因表达最少类反应器几何体大小不一的少于(图表可能:Cell)

核酸是基因的经常性乙醇并促进基因结构邻接的过渡到

通过基因反式的 3D 蒙特卡罗精心设计将酵母菌基因建模为民主自由连接的肽键,修正相邻 DNA 完整版彼此间角度覆盖范围的制大约,以精心设计乙醇精确度。

精心设计概述了相异乙醇有条件下基因反式的巨大差异:

相对于完美和极佳的乙醇有条件,在经常性乙醇有条件下,DNA 能量密度似乎在维度上不够加不均匀分布,与用;也分辨率紫以外光图像辨别的病菌类反应器 DNA 能量密度的维度一般而言完全一致。来得于极佳的乙醇,核酸的经常性乙醇波动可以所致多至 60 倍的基因压缩比。

在经常性乙醇中的,DNA 完整版往往彼此不够相比之下,所致过渡到 DNA 能量密度颇高的区邻接与 DNA 能量密度较高的区邻接交错。这种 DNA 能量密度的维度一般而言产生了空洞现象,以增大微小的最少几何体大小不一,并允许不够大的微小通过。

而在完美和极佳的乙醇有条件下,类反应器 DNA 能量密度在维度上不够加均匀分布,最少几何体大小不一较小。

核酸中的理论上的经常性乙醇可以促进基因结构邻接(domain)的过渡到,这种结构比如说 Hi-C 实验室中的所见到的染色质互相功用邻接(CIDs)。只有在较好乙醇有条件下才能看到大的邻接状结构。

酵母菌基因反式在相异各种类型乙醇中的的精心设计(图表可能:Cell)

类反应器体以外反应器糖体能量密度的维度一般而言与DNA能量密度圆形决定因素

反应器糖体主要以反应器苷酸反应器糖体基本存在,掺入在类反应器区邻接之以外。断层重建和反应器糖体聚焦看出,反应器糖体能量密度颇相对于不均匀分布。除了预想的反应器糖体在肝细胞一处掺入以外,反应器糖体在核酸中的展现不止能量密度的一般而言,包括在肝细胞的中的心区邻接 (即类反应器区)。

在类反应器体以外,反应器糖体紫以外光频率与 DNA 频率圆形决定因素,这说明核酸的经常性乙醇波动是所致 DNA 能量密度不均匀分布的或许,而 DNA 能量密度不均匀分布又反过来负面影响了反应器糖体的聚焦。

酵母菌层析图中的反应器糖体的维度分布(图表可能:Cell)

反应器糖体能量密度与类反应器区邻接内的 DNA 圆形决定因素(图表可能:Cell)

相异乙醇中的基因大小不一的精心设计结果(图表可能:Cell)

mRNA是所致核酸经常性乙醇波动的或许

如果反应器苷酸反应器糖体拥挤是反应器样松散化的主要促进主因,那么这个假说预言,即使mRNA不备受负面影响,反应器苷酸反应器糖体丰度的缩减也才会所致类反应器样扩大。

为了检验这种先前,原作者用春雷霉素(Ksg,一种十分相似的 RNA 翻译重启诱发剂)所在位置理酵母菌肝细胞,以将反应器苷酸反应器糖体升华为游离的反应器糖体亚单位和无反应器糖体的 mRNAs,缩减反应器苷酸反应器糖体的丰度。

原作者找到肝细胞与 Ksg 孵育 40 分钟后类反应器体并不能扩大,大多数类反应器体样子不够加小巧,肝细胞中的可辨别类反应器体的百分比显着缩减。

Ksg 所在位置理所致类反应器向彼此移动与改组。这种聚合能编辑器化学键变小,促进类反应器体和 RNA 彼此间的分开。

而在利福平(Rif,一种广谱抗生素药物)所在位置理后,RNA 合成停止,mRNA诱发,反应器质额度 (反应器质覆盖范围除以肝细胞覆盖范围) 增大,反应器质发生膨胀。这些结果声称 RNA 冷素质趋颇高,RNA 和 DNA 彼此间的分开趋大,反应器样结构趋松散。

总之,DNA 和 RNA 彼此间的仇视功用,所致了基因核酸的经常性乙醇波动。

RNA/DNA 分开和类反应器紧能量密度(图表可能:Cell)

所致核酸经常性乙醇波动的主因

类反应器受体(NAPs)和其他 DNA 松散结合受体(如mRNA调节受体)是与基因化学键的主因之一。受体与阳氯离子 DNA 聚合物的松散结合能发散改变基因的静电势,通过弯转撕裂 DNA 缩减 DNA 螺旋长度,进一步改变类反应器体的压缩素质和几何体大小不一。

颇高氯离子强度的核酸也可能所致较好的乙醇波动。体以外数据分析声称,随着盐酸度的增大,DNA 完整版彼此间的净彼此彼此间仇视缩减。二价锰氯离子不仅可以屏蔽 DNA 上的电荷,还可以游离 DNA 完整版彼此间的彼此彼此间吸引。

量子化学精心设计声称,大分子拥挤可以被看作理论上地降较高乙醇波动。因此,反应器苷酸反应器糖体丰度的改变、颇高 RNA 冷素质与 RNA/DNA 分开度和类反应器松散素质增大相关。

在 CID 邻接的分界线,颇高mRNA活性所致新生 RNA 吸取。这些 RNA 一直通过 RNA 催化反应与 DNA 松散结合,不能扩散。原作者推测,为了尽量缩减与这些松散结合 RNA 的交谈,DNA 肽键通过挤压降较高其分界线所在位置的发散能量密度,在分界线两侧过渡到稠密的 DNA 区邻接。

数据分析卖点:

酵母菌作为十分相似的模式生物,是数据分析得最为详尽的原反应器病菌。它们的基因被刻录类反应器,但对于基因压缩和结构邻接的过渡到还不能完全理解。

本数据分析中的提不止了一种预测酵母菌中的类反应器最少几何体大小不一的分析方法。当肝细胞被看作非常简单的半氢氧化钠聚合物氢氧化钾时,核酸展现为基因的经常性乙醇。

经常性乙醇波动才会所致基因压实和 DNA 能量密度一般而言,异质 DNA 能量密度与类反应器内的反应器糖体能量密度圆形决定因素,并找到 RNA 也才会所致经常性的乙醇波动。该数据分析将基因压实和结构邻接过渡到与mRNA和肝细胞膜其组织联系慢慢地,对基因过渡到的机制有了不够侧重的了解。

图表可能:Cell

原始不止所在位置:

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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