Cell:「小身体,大智慧」Cell 重磅揭示微生物染色体折叠模式及影响因素

2021-11-03 10:14:53 来源:
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DNA是巨噬细胞生命大型活动的表面结构设计根基,与多种巨噬细胞过程息息涉及,如基因解读、DNA 修复和DNA分立,其适当接合至关重要。所有巨噬细胞都亦须将自身的基因组通过接合存储在一个小体积意志空间总括都。

与真连锁反应巨噬细胞相异,病原体巨噬细胞从未连锁反应膜,并且不但会将其DNA DNA 包装再加近似于连锁反应小体的重复结构设计单元。然而,它们仍然接合并集中都它们的DNA表面,形再加一个自适应的、有组织的 DNA 互联,称为类连锁反应(nucleoid)。

近日,美国耶鲁大学 Christine Jacobs-Wagner 科学研究小组在 Cell 杂志上发表了新书 Interconnecting solvent quality, transcription, and chromosome folding in Escherichia coli 的论文,探究了致病中都的DNA接合规律。

在本科学研究中都,写作者引入巨噬细胞的有用很低分子宇宙学视角,将巨噬细胞器普遍认为很低分子氢氧立体化钠,其中都很低分子是 DNA,水氢氧立体化钠是巨噬细胞器中都的其他所有表面(例如,水、糖类、核糖体、连锁反应糖体和 RNA)。

根据很低分子-水氢氧立体化钠作用力,水氢氧立体化钠的质量大略细分三种类型:难得、极好和差。

在极好振荡的水氢氧立体化钠中都,很低分子和水氢氧立体化钠间的作用力优于很低分子支链段间的作用力。相反,在不当水氢氧立体化钠中都,很低分子支链段间的作用力比它们与水氢氧立体化钠的作用力更有利。难得柱状态则是敌视和吸引作用力被某种程度抵消。

类连锁反应周边内 DNA 浓度(幻灯片比如说:Cell)

致病巨噬细胞中都的一般说来大约类连锁反应较小

在糖类巨量和糖类丰富的情况下下,巨噬细胞 DNA 含量和类连锁反应较小基本保持不变。

为了测量类连锁反应矩形较小,科学研究人员使用致病菌株(CJW6340,解读带有 GFP 标明的人工新设计的核糖体,该核糖体自组装再加 25 nm 的 60 个亚基十二面体固态腺体)顺利进行单光子测试。

单光子测试推断借助于类连锁反应不长期存在意志空间位阻,整体大约均方位移与解是一致,推断借助于大约类连锁反应矩形大小> 25 nm。

使用巨大的探针 GFP-μNS 表面(大约较小为 58 nm)的探针,发现其有别于在巨噬细胞极区(即远离类连锁反应)的几率提很低,至少一般说来大约类连锁反应矩形较小约为 50 nm。

一般说来大约类连锁反应矩形大小的至少(幻灯片比如说:Cell)

巨噬细胞器是DNA的不当水氢氧立体化钠并促成DNA结构设计邻接的形再加

通过DNA构象的 3D 蒙特卡罗模拟将致病DNA数据分析为意志连接的支链,变动相邻 DNA 相片间角度范围的实质上,以模拟水氢氧立体化钠质量。

模拟探究了相异水氢氧立体化钠情况下下DNA构象的巨大关联:

相对于难得和极好的水氢氧立体化钠情况下,在不当水氢氧立体化钠情况下下,DNA 通量确实在意志空间上极其不微小,与用极限分辨率电子显微镜图表通过观察的病原体类连锁反应 DNA 通量的意志空间关联性一致。相比于极好的水氢氧立体化钠,巨噬细胞器的不当水氢氧立体化钠振荡可以引发多至 60 倍的DNA存储比。

在不当水氢氧立体化钠中都,DNA 相片并不一定彼此更接近,引发形再加 DNA 通量很低的周边与 DNA 通量低的周边平行。这种 DNA 通量的意志空间关联性消除了扭曲现像,以提很低表面的大约矩形大小,并必需巨大的通过观察者通过。

而在难得和极好的水氢氧立体化钠情况下下,类连锁反应 DNA 通量在意志空间上极其微小,大约矩形大小较小。

巨噬细胞器中都有效的不当水氢氧立体化钠可以促成DNA结构设计邻接(domain)的形再加,这种结构设计近似于 Hi-C 测试中都所想起的体细胞互相作用邻接(CIDs)。只有在较差水氢氧立体化钠情况下下才能看到大的邻接柱状结构设计。

致病DNA构象在相异类型水氢氧立体化钠中都的模拟(幻灯片比如说:Cell)

类连锁反应细胞内连锁反应糖体通量的意志空间关联性与DNA通量呈负涉及

连锁反应糖体主要以链柱状连锁反应糖体形式长期存在,石英砂在类连锁反应周边之皆。断层扩建和连锁反应糖体有别于推断借助于,连锁反应糖体通量很低度不微小。除了预期的连锁反应糖体在巨噬细胞周围石英砂皆,连锁反应糖体在巨噬细胞器中都体现借助于通量的关联性,最主要在巨噬细胞的中都心周边 (即类连锁反应区)。

在类连锁反应细胞内,连锁反应糖体电子显微镜接收器与 DNA 接收器呈负涉及,这暗示巨噬细胞器的不当水氢氧立体化钠振荡是引发 DNA 通量不微小的原因,而 DNA 通量不微小又反过来制约了连锁反应糖体的有别于。

致病层析图中都连锁反应糖体的意志空间属(幻灯片比如说:Cell)

连锁反应糖体通量与类连锁反应周边内的 DNA 呈负涉及(幻灯片比如说:Cell)

相异水氢氧立体化钠中都DNA较小的模拟结果(幻灯片比如说:Cell)

特异性是引发巨噬细胞器不当水氢氧立体化钠振荡的原因

如果链柱状连锁反应糖体狭小是连锁反应样彼此间立体化的主要促成主因,那么这个假说预言,即使特异性不颇受制约,链柱状连锁反应糖体数量级的增大也但会引发类连锁反应样蚕食。

为了检测这种几率,写作者用;也类本品(Ksg,一种典型的 RNA 中文翻译关机诱导剂)处置致病巨噬细胞,以将链柱状连锁反应糖体转立体化为产物的连锁反应糖体亚单位和无连锁反应糖体的 mRNAs,增大链柱状连锁反应糖体的数量级。

写作者发现巨噬细胞与 Ksg 哺育 40 分钟后类连锁反应体并从未增大,大多数类连锁反应体像是极其轻巧,巨噬细胞中都可辨别类连锁反应体的比例显着增大。

Ksg 处置引发类连锁反应向彼此移动与改组。这种聚合能GUI作用力变小,促成类连锁反应体和 RNA 间的分立。

而在利福平(Rif,一种广谱抗生素本品)处置后,RNA 合再加取消,特异性诱导,连锁反应质比率 (连锁反应质国土面积除以巨噬细胞国土面积) 提很低,连锁反应质遭遇增大。这些结果确实 RNA 技术水平越大很低,RNA 和 DNA 间的分立越大大,连锁反应样结构设计越大彼此间。

总之,DNA 和 RNA 间的敌视作用,引发了DNA巨噬细胞器的不当水氢氧立体化钠振荡。

RNA/DNA 分立和类连锁反应紧通量(幻灯片比如说:Cell)

引发巨噬细胞器不当水氢氧立体化钠振荡的主因

类连锁反应亚基(NAPs)和其他 DNA 混合亚基(如特异性调控亚基)是与DNA作用力的主因之一。亚基与阴碱金属 DNA 很低分子的混合能局部扭转DNA的静电势,通过弯转扭曲 DNA 增大 DNA 锥形宽度,大幅度扭转类连锁反应体的存储程度和矩形大小。

很低碱金属强度的巨噬细胞器也可能引发较差的水氢氧立体化钠振荡。体皆科学研究确实,随着盐浓度的提很低,DNA 相片间的净某种程度敌视增大。锌镁碱金属不仅可以屏蔽 DNA 上的电荷,还可以诱导 DNA 相片间的某种程度吸引。

分子动力学模拟确实,大分子狭小可以被普遍认为有效地减低水氢氧立体化钠振荡。因此,链柱状连锁反应糖体数量级的变立体化、很低 RNA 技术水平与 RNA/DNA 分立度和类连锁反应彼此间程度增大涉及。

在 CID 邻接的国界,很低特异性活性引发新生 RNA 积累。这些 RNA 仍然通过 RNA 聚合酶与 DNA 混合,只能扩散。写作者推断借助于,为了尽量增大与这些混合 RNA 的触及,DNA 支链通过收缩减低其国界处的局部通量,在国界两侧形再加人口稠密的 DNA 周边。

科学研究举世闻名:

致病作为典型的模式生物,是科学研究得最为详尽的原连锁反应病原体。它们的DNA被存储再加类连锁反应,但对于DNA存储和结构设计邻接的形再加还从未完全忽略。

本科学研究中都驳斥了一种预测致病中都类连锁反应大约矩形较小的方法。当巨噬细胞被普遍认为有用的半混和很低分子氢氧立体化钠时,巨噬细胞器体现为DNA的不当水氢氧立体化钠。

不当水氢氧立体化钠振荡但会引发DNA挤借助于和 DNA 通量关联性,异质 DNA 通量与类连锁反应内的连锁反应糖体通量呈负涉及,并发现 RNA 也但会引发不当的水氢氧立体化钠振荡。该科学研究将DNA挤借助于和结构设计邻接形再加与特异性和巨噬细胞内组织联系起来,对DNA形再加的程序有了更深入的认识到。

幻灯片比如说:Cell

原始借助于处:

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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