新たなねじれ:染色体を輪切りにする分子機械はDNAもねじれる(A new twist: the molecular machines that loop our chromosomes also twist DNA)

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2024-12-13 オランダ・デルフト工科大学(TUDelft)

デルフト工科大学の研究者らは、染色体のループ形成を担う分子機械がDNAをねじる役割も果たしていることを発見しました。この研究は、DNAの物理的性質が遺伝子発現や細胞機能に与える影響を理解する上で重要な知見を提供します。研究チームは、単一分子イメージング技術を用いて、コヒーシンやコンデンシンといったタンパク質複合体がDNAループを形成する際に、DNAにねじれを導入する様子を観察しました。このねじれは、DNAの超らせん構造や遺伝子の活性化に影響を及ぼす可能性があります。この発見は、細胞内でのDNAの動的な構造変化とその機能的意義を解明する新たな道を開くものです。

<関連情報>

すべての真核生物のSMCタンパク質は、DNAループの押し出しステップごとに-0.6のねじれを引き起こす All eukaryotic SMC proteins induce a twist of -0.6 at each DNA loop extrusion step

Richard Janissen, Roman Barth, Iain F. Davidson, Jan-Michael Peters, and Cees Dekker
Science Advances  Published:13 Dec 2024
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.adt1832

新たなねじれ:染色体を輪切りにする分子機械はDNAもねじれる(A new twist: the molecular machines that loop our chromosomes also twist DNA)

Abstract

Eukaryotes carry three types of structural maintenance of chromosome (SMC) protein complexes, condensin, cohesin, and SMC5/6, which are ATP-dependent motor proteins that remodel the genome via DNA loop extrusion (LE). SMCs modulate DNA supercoiling but remains incompletely understood how this is achieved. Using a single-molecule magnetic tweezers assay that directly measures how much twist is induced by individual SMCs in each LE step, we demonstrate that all three SMC complexes induce the same large negative twist (i.e., linking number change ΔLk of ~-0.6 at each LE step) into the extruded loop, independent of step size and DNA tension. Using ATP hydrolysis mutants and nonhydrolyzable ATP analogs, we find that ATP binding is the twist-inducing event during the ATPase cycle, coinciding with the force-generating LE step. The fact that all three eukaryotic SMC proteins induce the same amount of twist indicates a common DNA-LE mechanism among these SMC complexes.

細胞遺伝子工学
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