Posted: Nov 02, 2015 First complete

Posted: Nov 02, 2015


First complete pictures of cells' DNA-copying machinery

(Nanowerk News) The first-ever images of the protein complex that unwinds, splits, and copies double-stranded DNA reveal something rather different from the standard textbook view. The electron microscope images, created by scientists at the U.S. Department of Energy's Brookhaven National Laboratory with partners from Stony Brook University and Rockefeller University, offer new insight into how this molecular machinery functions, including new possibilities about its role in DNA "quality control" and cell differentiation. The images and implications are described in a paper published online by the journal Nature Structural & Molecular Biology ("The architecture of a eukaryotic replisome").
"This work is a continuation of our long-standing research using electron microscopy to understand the mechanism of DNA replication, an essential function for every living cell," said Huilin Li, a biologist with a joint appointment at Brookhaven Lab and Stony Brook University. "These new images show the fully assembled and fully activated 'helicase' protein complex—which encircles and separates the two strands of the DNA double helix as it passes through a central pore in the structure—and how the helicase coordinates with the two 'polymerase' enzymes that duplicate each strand to copy the genome."
Studying this molecular machinery, known collectively as a "replisome," and the details of its DNA-copying process can help scientists understand what happens when DNA is miscopied—a major source of mutation that can lead to cancer—or learn more about how a single cell can eventually develop into the many cell types that make up a multicellular organism. But no one has produced a real structure of a replisome at any resolution for any organism until now.
"All the textbook drawings and descriptions of how a replisome should look and work are based on biochemical and genetic studies," Li said, likening the situation to the famous parable of the three blind men trying to describe an elephant, each looking at only one part. Those textbook drawings show the helicase moving along the DNA, separating the two strands of the double helix, with two polymerases located at the back where the DNA strand is split. In this configuration, the polymerases would add nucleotides (molecules containing the complementary A, T, G, and C bases of the genetic code) to the side-by-side split ends as they move out of the helicase to form two new complete double helix DNA strands.
A series of electron micrographs showing the barrel-shaped helicase with several components of the replisome
A series of electron micrographs showing the barrel-shaped helicase with several components of the replisome: a) helicase (grey) with Ctf4 (light blue), which is a recruitment factor for the DNA-replication primase-polymerase, b) helicase, Ctf4, and primase-polymerase (dark blue), which works with the back-end polymerase, c) helicase, Ctf4, and front-end polymerase (green), d) helicase and front-end polymerase, e) helicase, Ctf4, front-end polymerase, and back-end primase-polymerase (dark blue). Panels a-c used an unprimed short DNA fork, and d-e used a longer and primed DNA fork. The electron micrographs show that the replisome is a 20-nanometer sized nanomachine. (click on image to enlarge)
To test these assumptions, Li's group turned to the technique they had previously used to study individual components of the helicase, electron microscopy (EM). Jingchuan Sun, an EM expert in Li's lab, was essential to the success of the work. He studied samples of replisomes from baker's yeast cells—a model for all nucleus-containing cells—prepared and provided by Roxana Georgescu in Michael O'Donnell's research group at Rockefeller University. O'Donnell's group had previously published biochemical results related to this work.
"DNA replication is one of the most fundamental processes of life, so it is every biochemist's dream to see what a replisome looks like," Sun said. "Our lab has expertise and a decade of experience using electron microscopy to study DNA replication, which has prepared us well to tackle the highly mobile therefore very challenging replisome structure. Working together with the O'Donnell lab, which has done beautiful functional studies on the yeast replisome, our two groups brought perfectly complementary expertise to this project," he said.
The team's first-ever images of an intact replisome revealed that only one of the polymerases is located at the back of the helicase. The other is on the front side of the helicase, where the helicase first encounters the double-stranded helix. This means that while one of the two split DNA strands is acted on by the polymerase at the back end, the other has to thread itself back through or around the helicase to reach the front-side polymerase before having its new complementary strand assembled.
The scientists were so surprised by this finding that they asked another group at Rockefeller, led by Brian Chait, to perform additional structural studies using mass spectrometry. Yi Shi, a postdoctoral fellow in Chait's group performed this work, which confirmed the electron-microscopy-based conclusion about the unexpected architecture of the replisome.
replisome
These cartoons show the old "textbook" view of the replisome, left, and the new view, right, revealed by electron micrograph images in the current study. Prior to this study, scientists believed the two polymerases (green) were located at the bottom (or back end) of the helicase (tan), adding complementary DNA strands to the split DNA to produce copies side by side. The new images reveal that one polymerase is located at the front end of the helicase. The scientists are conducting additional studies to explore the biological significance of this unexpected location.
The counterintuitive position of one polymerase at the front of the helicase suggests that it may have an unforeseen function. The authors suggest several possibilities including keeping the two "daughter" strands separate to help organize them during replication and cell division. It might also be possible that, as the single strand moves over other portions of the structure, some "surveillance" protein components check for lesions or mistakes in the nucleotide sequence before it gets copied—a sort of molecular quality control.
This architecture could also potentially play an important role in developmental biology by providing a pathway for treating the two daughter strands differently. Many modifications to DNA, including how it is packaged with other proteins, control which of the many genes in the sequence are eventually expressed in cells. An asymmetric replisome may result in asymmetric treatment of the two daughter strands during cell division—an essential step for making different tissues within a multicellular organism.

Source: Brookhaven National Laboratory


Read more: First complete pictures of cells' DNA-copying machinery

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

ลงรายการบัญชี: 02 nov, 2015 ภาพแรกเสร็จสมบูรณ์ของเครื่องจักรในการคัดลอก DNA ของเซลล์ (ข่าว Nanowerk) แบบแรกเคยเปิดเผยภาพของโปรตีนที่ซับซ้อนที่ unwinds แยก และคัดลอกขนคู่ดีเอ็นเอ สิ่งที่ค่อนข้างแตกต่างจากมุมมองตำรามาตรฐาน รูปกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน สร้างขึ้น โดยนักวิทยาศาสตร์ที่ Brookhaven สหรัฐอเมริกากรมพลังงานของชาติปฏิบัติกับคู่ค้าจาก Stony บรู๊คมหาวิทยาลัยและที่มหาวิทยาลัยร็อคกี้เฟลเลอร์ เสนอมุมมองใหม่เกี่ยวกับวิธีนี้เครื่องจักรโมเลกุลทำงาน รวมถึงโอกาสใหม่เกี่ยวกับบทบาทของมันในดีเอ็นเอ "คุณภาพ" และเปลี่ยนสภาพของเซลล์ ภาพและผลไว้ในเอกสารที่เผยแพร่ออนไลน์ โดยธรรมชาติโครงสร้างสมุดรายวันและอณูชีววิทยา ("สถาปัตยกรรม eukaryotic replisome") "งานนี้เป็นความต่อเนื่องของงานวิจัยของเรายาวนานใช้อิเล็กตรอน microscopy เพื่อเข้าใจกลไกของการจำลองดีเอ็นเอ ฟังก์ชันจำเป็นสำหรับทุกชีวิตเซลล์ กล่าวว่า หลี่ Huilin นักชีววิทยากับการนัดหมายร่วมที่ Brookhaven แล็บและมหาวิทยาลัย Stony บรู๊ค "ภาพเหล่านี้ใหม่แสดงโปรตีนประกอบเต็ม และเรียกใช้งานทั้งหมด 'helicase' ซับซ้อน — ที่ล้อมโดยรอบ และแยก strands สองของเกลียวคู่ดีเอ็นเอผ่านรูกลางในโครงสร้าง – และวิธี helicase จะประสานกับเอนไซม์ 'พอลิเมอเรส' สองที่ซ้ำแต่ละสาระจะคัดลอกกลุ่ม" ศึกษานี้โมเลกุลเครื่องจักร เรียกโดยรวมว่า "replisome" และรายละเอียดของกระบวนการคัดลอก DNA ของมันสามารถช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจว่าเกิดอะไรขึ้นเมื่อ miscopied ดีเอ็นเอซึ่งเป็นแหล่งสำคัญของการกลายพันธุ์ที่สามารถนำไปสู่โรคมะเร็ง — หรือเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีเซลล์เดียวสามารถในที่สุดพัฒนาเป็นหลายชนิดเซลล์ที่ประกอบเป็นสิ่งมีชีวิตได้ แต่ไม่ได้ผลิตโครงสร้างจริงของ replisome ที่ความละเอียดใด ๆ สำหรับสิ่งมีชีวิตใด ๆ จนถึงขณะนี้ "ตำราภาพวาดและคำอธิบายของวิธี replisome ควรมอง และทำงานทั้งหมดขึ้นอยู่กับพันธุกรรม และชีวเคมีศึกษา หลี่กล่าว likening สถานการณ์กับนิทานคติสอนใจมีชื่อเสียงของคนตาบอดสามพยายามอธิบายช้าง แต่ละมองที่ส่วนหนึ่งเท่านั้น ภาพวาดเหล่านั้นตำราแสดง helicase ย้ายตามดีเอ็นเอ แยก strands สองของเกลียวคู่ มีสอง polymerases อยู่ทางด้านหลังซึ่งแบ่งสาระดีเอ็นเอ ในการกำหนดค่านี้ polymerases จะเพิ่มนิวคลีโอไทด์ (โมเลกุลประกอบด้วยการเสริมฐาน A, T, G และ C ของรหัสพันธุกรรม) --เคียงข้างกันแบ่งสิ้นสุดขณะที่พวกเขาเลื่อนจาก helicase strands ดีเอ็นเอเกลียวคู่สมบูรณ์ใหม่สองแบบ ชุดของ micrographs อิเล็กตรอนแสดง helicase รูปทรงกระบอก มีส่วนประกอบต่าง ๆ ของ replisome ชุดของ micrographs อิเล็กตรอนแสดง helicase รูปทรงกระบอก มีส่วนประกอบต่าง ๆ ของ replisome:) helicase (สีเทา) กับ Ctf4 (สี), ซึ่งเป็นปัจจัยการสรรหาบุคลากร สำหรับพอลิเม อเรส DNA replication primase ข helicase, Ctf4, primase-พอลิเมอเรส (น้ำเงินเข้ม), ที่ทำงานกับพอลิเมอเรสส่วนหลัง c) helicase, Ctf4 และเวอร์พอลิเมอเรสที่ (สีเขียว), d) helicase และพอลิเมอเรสเวอร์ พอลิเมอเรสเวอร์อี) helicase, Ctf4 ส่วน primase-พอลิเมอเรส (น้ำเงินเข้ม) และ ติดตั้งที่ c ใช้ส้อมเป็น unprimed ของดีเอ็นเอสั้น ๆ และ d-e ใช้ส้อมดีเอ็นเออีกต่อไป และมีการรอง Micrographs อิเล็กตรอนแสดงว่า replisome เป็น nanomachine ขนาด 20 nanometer (คลิกที่รูปเพื่อขยาย) การทดสอบสมมติฐานเหล่านี้ กลุ่มของหลี่หันไปเทคนิคที่พวกเขาเคยได้ใช้เพื่อศึกษาแต่ละส่วนประกอบของ helicase อิเล็กตรอน microscopy (EM) Jingchuan อาทิตย์ ผู้เชี่ยวชาญในห้องปฏิบัติการของ Li, EM เป็นสิ่งสำคัญเพื่อความสำเร็จของงาน เขาได้ศึกษาตัวอย่างของ replisomes จากเซลล์ยีสต์เบเกอร์ของ — แบบจำลองสำหรับเซลล์ที่ประกอบด้วยนิวเคลียสทั้งหมด — ไหว้ โดย Roxana Georgescu ในกลุ่มวิจัยของ Michael O'Donnell ร็อคกี้เฟลเลอร์มหาวิทยาลัย กลุ่มของ O'Donnell ก่อนหน้านี้ได้เผยแพร่ผลชีวเคมีที่เกี่ยวข้องกับงานนี้ "จำลองดีเอ็นเอเป็นหนึ่งของกระบวนการพื้นฐานที่สุดของชีวิต ดังนั้นจึงเป็นฝันของ biochemist ทุกเพื่อดู replisome เป็นลักษณะ ซันกล่าวว่า "แล็บของเรามีความเชี่ยวชาญและทศวรรษของประสบการณ์การใช้อิเล็กตรอน microscopy การศึกษาจำลองดีเอ็นเอ ซึ่งได้เตรียมปูทางด้วยการเล่นงานโครงสร้างเคลื่อนสูงท้าทายมากดังนั้น replisome ทำงานร่วมกับห้องปฏิบัติการ O'Donnell ซึ่งได้ทำการศึกษางานสวย replisome ยีสต์ กลุ่มของเราสองมาเสริมอย่างเชี่ยวชาญกับโครงการนี้ เขากล่าวว่า ของทีมแรกเคยภาพเป็น replisome เหมือนเดิมเปิดเผยว่า หนึ่ง polymerases ที่อยู่ด้านหลังของ helicase จะ อื่น ๆ ที่อยู่ด้านหน้าของ helicase ที่ helicase จะแรกพบเกลียวคู่ควั่น ซึ่งหมายความ ว่า ในขณะหนึ่ง strands ดีเอ็นเอแยกที่สองจะดำเนินการ โดยพอลิเมอเรสที่ส่วนหลัง อื่น ๆ เป็นหัวข้อตัวเองกลับผ่าน หรือ รอบ ๆ helicase ถึงพอลิเมอเรสด้านหน้าก่อนที่จะมีสาระเสริมของใหม่ประกอบ นักวิทยาศาสตร์ที่ได้ประหลาดใจดังนั้นจากนี้พบว่าพวกเขาถามกลุ่มอื่นที่ร็อคกี้เฟลเลอร์ นำ โดยไบรอัน Chait การศึกษาโครงสร้างเพิ่มเติมโดยใช้สเปกโตรเมท Yi Shi เพื่อนในกลุ่มของ Chait นักทำงานนี้ ซึ่งอิเล็กตรอน microscopy-ตามข้อสรุปเกี่ยวกับสถาปัตยกรรมไม่คาดคิดของ replisome ได้รับการยืนยัน replisome เหล่านี้การ์ตูนแสดงมุมมอง "หนังสือ" เก่าของ replisome ซ้าย และมุมมองใหม่ ด้านขวา เปิดเผย โดยภาพ micrograph อิเล็กตรอนในการศึกษาปัจจุบัน ก่อนที่จะศึกษา นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่า polymerases สอง (สีเขียว) ที่อยู่ด้านล่าง (หรือจุดสิ้นสุดหลัง) ของ strands helicase (tan), เพิ่มเสริมดีเอ็นเอกับดีเอ็นเอแยกการผลิตสำเนาเคียงข้าง ภาพใหม่เปิดเผยพอลิเมอเรสที่หนึ่งอยู่ที่ปลายด้านหน้าของ helicase จะ ที่นักวิทยาศาสตร์กำลังทำการศึกษาเพิ่มเติมเพื่อสำรวจความสำคัญทางชีวภาพนี้สถานที่ไม่คาดคิด ตำแหน่ง counterintuitive ของพอลิเมอเรสหนึ่งของ helicase จะแนะนำว่า อาจมีฟังก์ชันที่ไม่คาดฝัน ผู้เขียนแนะนำหลายประการรวมทั้งการรักษา strands "ลูกสาว" สองแยกจะช่วยจัดระเบียบแฟ้มในระหว่างการแบ่งเซลล์และการจำลองแบบ อาจเป็นไปได้ เป็นสาระเดียวย้ายไปส่วนอื่นของโครงสร้าง ส่วนประกอบของโปรตีนบาง "เฝ้าระวัง" ตรวจสอบได้หรือความผิดพลาดในลำดับนิวคลีโอไทด์ก่อนได้รับการคัดลอกซึ่งการจัดเรียงของโมเลกุลการควบคุมคุณภาพได้ สถาปัตยกรรมนี้อาจยังอาจเล่นมีบทบาทสำคัญในชีววิทยาการเจริญ โดยการให้เป็นทางเดินสำหรับรักษา strands สองสาวต่าง ในการปรับเปลี่ยน DNA รวมถึงวิธีมันจะมาพร้อมกับโปรตีนอื่น ๆ ควบคุมซึ่งยีนหลายลำดับในที่สุดถูกแสดงในเซลล์ Replisome asymmetric อาจส่งผลให้รักษา asymmetric strands ลูกสาวทั้งสองในระหว่างการแบ่งเซลล์ซึ่งมีขั้นตอนที่จำเป็นสำหรับการทำให้เนื้อเยื่อต่าง ๆ ภายในสิ่งมีชีวิตได้ แหล่งที่มา: ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Brookhaven อ่านเพิ่มเติม: รูปภาพของเครื่องจักรในการคัดลอก DNA ของเซลล์จะ

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

โพสต์ภาพที่สมบูรณ์แบบครั้งแรกของเซลล์ ( ภาพกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนที่สร้างขึ้นโดยนักวิทยาศาสตร์ที่กระทรวงพลังงานของ . " - ยืนการวิจัยโดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนที่จะเข้าใจกลไกของ คัดลอกดีเอ็นเอ " - ซึ่งล้อมรอบและแยกทั้งสองเส้นเกลียวคู่ดีเอ็นเอขณะที่มันผ่านรูขุมขนกลางในโครงสร้าง- และวิธีการ การศึกษานี้เครื่องจักรโมเลกุลที่รู้จักกันว่าเป็น- ขั้นตอนการคัดลอกสามารถช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อดีเอ็นเอ - เป็นแหล่งสำคัญของการกลายพันธุ์ ที่สามารถนำไปสู่โรคมะเร็ง- หรือเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีการเซลล์เดียวในที่สุดก็สามารถพัฒนาเป็นเซลล์ชนิดจำนวนมากที่ทำขึ้นสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ แต่ไม่มีใครได้ผลิตโครงสร้างที่แท้จริงของ " ผู้แสดงภาพวาดตำรา ในการกำหนดค่านี้ ชุดของไมโครอิเล็กตรอนแสดง ชุดของไมโครอิเล็กตรอนแสดง แผง อิเล็กตรอนไมโครกราฟแสดงให้เห็นว่า ( เพื่อทดสอบสมมติฐานเหล่านี้กลุ่มของหลี่หันไปเทคนิคที่พวกเขาเคยใช้ในการศึกษาแต่ละองค์ประกอบของ Jingchuan เขาศึกษาตัวอย่าง - แบบจำลองสำหรับนิวเคลียสทั้งหมด- มีเซลล์- จัดทำและให้บริการโดย กลุ่มดอนเนลล์มีการเผยแพร่ก่อนหน้านี้ทางชีวเคมีที่เกี่ยวข้องกับผลงานนี้" " ทีมครั้งแรกที่เคยภาพของ อื่น ๆ ที่เป็นที่อยู่ทางด้านหน้าของ ซึ่งหมายความว่าในขณะที่หนึ่งในสองเส้นดีเอ็นเอแยกจะทำหน้าที่โดยโพลิเมอร์ที่ปลายด้านหลังอื่น ๆ ที่มีด้ายตัวเองกลับผ่านหรือรอบ ๆ นักวิทยาศาสตร์ก็ประหลาดใจโดยการค้นพบนี้ว่าพวกเขาถามอีกกลุ่มหนึ่งที่เฟลเลอร์นำโดยไบรอัน ยี่ชิเพื่อนหลังปริญญาเอกในกลุ่ม replisome การ์ตูนเหล่านี้แสดงเก่า ก่อนที่จะมีการศึกษาครั้งนี้นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าทั้งสอง ภาพใหม่เผยให้เห็นว่าหนึ่งโพลิเมอร์ตั้งอยู่ที่ปลายด้านหน้าของ นักวิทยาศาสตร์ที่มีการดำเนินการศึกษาเพิ่มเติมในการสำรวจอย่างมีนัยสำคัญทางชีวภาพของสถานที่ที่ไม่คาดคิดนี้ตำแหน่ง ผู้เขียนขอแนะนำความเป็นไปได้หลายอย่างรวมทั้งการรักษาทั้งสอง นอกจากนี้ยังอาจเป็นไปได้ว่าในขณะที่การเคลื่อนไหวของฝั่งเดียวมากกว่าส่วนอื่น ๆ ของโครงสร้างบางอย่าง - การจัดเรียงของการควบคุมคุณภาพโมเลกุลสถาปัตยกรรมนี้อาจจะยังอาจมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาการทางชีววิทยาโดยการให้ทางเดินสำหรับการรักษาลูกสาวสองเส้นที่แตกต่างกัน การปรับเปลี่ยนหลายดีเอ็นเอรวมทั้งวิธีการที่จะเป็นชุดที่มีโปรตีนอื่น ๆ ซึ่งการควบคุมของยีนจำนวนมากในลำดับที่จะแสดงในที่สุดในเซลล์ replisome - ขั้นตอนสำคัญในการทำให้เนื้อเยื่อที่แตกต่างกันภายในสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ที่มาห้องปฏิบัติการแห่งชาติอ่านเพิ่มเติมFirst

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

โพสต์เมื่อ : พฤศจิกายน 02 , 2015


แรกเสร็จสมบูรณ์ภาพของเซลล์ DNA ของคัดลอกเครื่องจักร

( ข่าว nanowerk ) ภาพแรกของโปรตีนที่ซับซ้อนที่คลายออก , แยก , และสำเนาคู่เกลียวดีเอ็นเอเปิดเผยบางอย่างที่ค่อนข้างแตกต่างจากมุมมองตำรามาตรฐาน ภาพจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนที่สร้างขึ้นโดยนักวิทยาศาสตร์ที่สหรัฐฯกรมพลังงานแห่งชาติห้องปฏิบัติการ Brookhaven กับคู่ค้าจากมหาวิทยาลัยห้วยหิน และมหาวิทยาลัยรอกกีเฟลเลอร์ , ข้อเสนอใหม่ลึกลงไปว่าโมเลกุลเครื่องจักรฟังก์ชัน รวมถึงความเป็นไปได้ใหม่เกี่ยวกับบทบาทใน DNA " การควบคุมคุณภาพ " และการเปลี่ยนสภาพของเซลล์ .ภาพและความหมายอธิบายไว้ในกระดาษเผยแพร่ออนไลน์โดยวารสารธรรมชาติของโครงสร้าง&อณูชีววิทยา ( " สถาปัตยกรรมของ replisome " ยูคาริโอติก )
" งานนี้เป็นความต่อเนื่องของการวิจัยที่ยาวนานของเราโดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนชนิดส่องกราด เพื่อเข้าใจกลไกการถ่ายแบบดีเอ็นเอ มีฟังก์ชันที่จำเป็นสำหรับทุกเซลล์ กล่าวว่า huilin ลี่นักชีววิทยาที่มีการนัดหมายร่วมกันที่ห้องปฏิบัติการ Brookhaven และมหาวิทยาลัยห้วยหิน" ภาพเหล่านี้แสดงให้เต็มที่ และ ทำงานเต็มที่ ' ' ซึ่งล้อมรอบโมเลกุลโปรตีนที่ซับซ้อนและการแยกสองเส้นดีเอ็นเอเกลียวคู่ที่ผ่านรูขุมขนกลางในโครงสร้างและโมเลกุลคู่กับสอง ' ' ที่ใช้เอนไซม์ซ้ำ แต่ละเส้นเพื่อคัดลอกพันธุกรรม . "
เรียนเครื่องจักรโมเลกุล นี้เรียกรวมเป็น " replisome " และรายละเอียดของกระบวนการคัดลอกดีเอ็นเอสามารถช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อ DNA เป็นแหล่งสำคัญ miscopied-a ของการกลายพันธุ์ที่ทำให้เกิดมะเร็งหรือเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีที่เซลล์เดียวสามารถในที่สุดพัฒนาเป็นหลายเซลล์ประเภทที่ประกอบเป็นสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ .แต่ไม่มีใครได้ผลิตโครงสร้างที่แท้จริงของ replisome ที่ความละเอียดใด ๆสำหรับชีวิต จนกระทั่งตอนนี้
" ภาพวาดทั้งหมดตำราและคำอธิบายของวิธีการ replisome ควรมีลักษณะและการทำงานบนพื้นฐานทางชีวเคมี และทางพันธุกรรมศาสตร์ , " ลีกล่าวว่า , likening ความสดสถานการณ์อุปมาที่มีชื่อเสียงของตาบอดสามคนพยายามอธิบาย ช้าง แต่ละคนมองเพียงส่วนเดียวพวกหนังสือภาพวาดแสดงโมเลกุลเคลื่อนไปตามดีเอ็นเอที่แยกสองเส้นของเกลียวคู่ กับสอง polymerases อยู่ที่ด้านหลังที่เกลียวดีเอ็นเอจะถูกแยก ในการปรับแต่งนี้ จะเพิ่ม polymerases นิวคลีโอไทด์โมเลกุลที่ประกอบด้วยทรานซิสเตอร์ ( A , T , G ,และ C ฐานพันธุกรรมรหัส ) ไปด้านข้างปลายแยกเป็นพวกเขาย้ายออกไปจากโมเลกุลแบบสองใหม่สมบูรณ์เกลียวคู่ดีเอ็นเอเส้น .
ชุดของอิเล็กตรอน micrographs แสดงถังรูปทรงโมเลกุล ด้วยส่วนประกอบต่างๆ ของ replisome
ชุดกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบแสดงบาร์เรลรูปโมเลกุลที่มีส่วนประกอบต่างๆ ของ replisome :) เอนไซม์เฮลิเคส ( สีเทา ) กับ ctf4 ( ฟ้า ) ซึ่งเป็นการสรรหาต่อดีเอ็นเอไพรเมสเมอเรส , B ) โมเลกุล ctf4 , และไพรเมสเมอเรส ( สีน้ำเงินเข้ม ) ซึ่งทำงานด้วยการ back-end C ) โมเลกุล ctf4 , และระบบการ ( สีเขียว ) , D ) โมเลกุล และส่วนหน้าการ ctf4 โมเลกุล , E ) , ระบบการ , และส่วนหลังไพรเมสเมอเรส ( สีน้ำเงินเข้ม )แผงแอร์ใช้ส้อมดีเอ็นเอสั้น unprimed และ d-e ใช้อีกต่อไปและ primed แยกดีเอ็นเอ อิเล็กตรอน micrographs แสดงให้เห็นว่า replisome เป็น 20 nanometer ขนาด nanomachine . ( คลิกที่ภาพเพื่อขยาย )
เพื่อทดสอบสมมติฐานเหล่านี้ , หลี่กลุ่มกลายเป็นเทคนิคที่เคยใช้เพื่อศึกษาแต่ละองค์ประกอบของโมเลกุลอิเล็กตรอนแบบส่องกราด , ( เอ็ม ) jingchuan ดวงอาทิตย์เป็นผู้เชี่ยวชาญในเอ็มลีแลป เป็นสำคัญเพื่อความสำเร็จของงาน เขาได้ศึกษาตัวอย่างของ replisomes จากยีสต์ขนมปัง cells-a รูปแบบทั้งหมดที่มีเซลล์นิวเคลียสจัดเตรียมให้โดย roxana georgescu ในคณะวิจัยของไมเคิล โอ ' ดอนเนลล์ที่ศูนย์มหาวิทยาลัย เนล กรุ๊ป เคยตีพิมพ์ผลทางชีวเคมีที่เกี่ยวข้องกับงานนี้
" หางกระเบน เป็นหนึ่งในกระบวนการพื้นฐานที่สุดของชีวิต มันคือ ความฝันของนักชีวเคมีทุกวันเพื่อดูว่า replisome ดูเหมือน " ซันกล่าว ห้องปฏิบัติการของเรามีความเชี่ยวชาญและทศวรรษของประสบการณ์ในการใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนชนิดส่องกราด เพื่อศึกษาการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ ซึ่งได้เตรียมไว้เป็นอย่างดีเพื่อรับมือกับมือถือสูงจึงท้าทายมาก replisome โครงสร้าง การทำงานร่วมกันกับเนลแล็บซึ่งได้ศึกษาการทำงานที่สวยงามในยีสต์ replisome สองกลุ่มของเรานำความสมบูรณ์ ประกอบกับโครงการนี้ " เขากล่าว
ภาพทีมแรกของ replisome เหมือนเดิม พบว่ามีเพียงหนึ่งใน polymerases ตั้งอยู่ที่ด้านหลังของโมเลกุล . อื่น ๆบนด้านหน้าของโมเลกุลที่โมเลกุลคู่แรกเผชิญหน้าควั่นเกลียว .ซึ่งหมายความว่าในขณะที่หนึ่งในสองแยกดีเอ็นเอเกลียวจะทำโดยวิธีที่ปลายด้านหลัง , อื่น ๆมีกระทู้ตัวเองกลับผ่านหรือบริเวณรอบ ๆโมเลกุลถึงด้านหน้าใช้ก่อนที่จะมีสาระประกอบใหม่ประกอบ
นักวิทยาศาสตร์ประหลาดใจโดยการค้นหานี้ที่เขาถามอีกกลุ่มที่นำโดย ไบรอัน เชตรอกกีเฟลเลอร์ , ,ศึกษาโครงสร้างเพิ่มเติมการใช้แมสสเปกโทรเมตรี Yi Shi , เพื่อน Postdoctoral ในเชตกลุ่มดำเนินการงานนี้ ซึ่งการใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนสรุปเกี่ยวกับสถาปัตยกรรมที่ไม่คาดคิดของ replisome .

replisome เหล่านี้การ์ตูนแสดงเก่า " ตำรา " มุมมองของ replisome , ซ้าย , และใหม่ดูครับเปิดเผยโดยอิเล็กตรอนลักษณะภาพในการศึกษาปัจจุบัน ก่อนการศึกษา นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่า สอง polymerases ( สีเขียว ) อยู่ที่ด้านล่าง ( หรือหลัง ) ของโมเลกุล ( Tan ) เพิ่มเสริมเส้นดีเอ็นเอแยกดีเอ็นเอในการผลิตด้านเนาเคียงข้าง . ภาพใหม่เปิดเผยว่าการตั้งอยู่ที่ปลายด้านหน้าของโมเลกุล .นักวิทยาศาสตร์กำลังทำการศึกษาเพิ่มเติมเพื่อศึกษาความสำคัญทางชีวภาพของตำแหน่งนี้ที่ไม่คาดคิด
counterintuitive ตำแหน่งหนึ่งวิธีที่ด้านหน้าของโมเลกุลแสดงให้เห็นว่ามันอาจจะมีฟังก์ชันที่ไม่คาดฝันผู้เขียนขอแนะนำหลายประการรวมถึงการรักษาสอง " ลูกสาว " เส้น แยก เพื่อช่วยในการจัดระเบียบพวกเขาในกองงานและเซลล์ มันอาจเป็นไปได้ว่าเป็นเส้นเดียวย้ายไปส่วนอื่น ๆของโครงสร้าง" การเฝ้าระวัง " ส่วนประกอบโปรตีนตรวจสอบรอยโรคหรือข้อผิดพลาดในลำดับนิวคลีโอไทด์ ก่อนที่มันจะเรียง copied-a การควบคุมคุณภาพของโมเลกุล
สถาปัตยกรรมนี้ยังอาจมีบทบาทสำคัญในชีววิทยาพัฒนาการ โดยให้เส้นทางสำหรับการรักษาสองลูกสาวเส้นต่างกัน มีการปรับเปลี่ยนดีเอ็นเอ รวมทั้งวิธีการที่จะบรรจุกับโปรตีนอื่น ๆควบคุมซึ่งยีนมากมายในลำดับในที่สุดก็แสดงออกในเซลล์ การ replisome อสมมาตรอาจส่งผลในการรักษาอสมมาตรของ 2 ลูกสาวเส้นระหว่างการแบ่งเซลล์ที่จำเป็นขั้นตอนสำหรับการทำเนื้อเยื่อต่างๆในสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ .

ที่มา : Brookhaven National Laboratory


อ่านเพิ่มเติม : แรกเสร็จสมบูรณ์ภาพของเซลล์ ' คัดลอกดีเอ็นเอ
เครื่องจักร