發(fā)表于《PNAS》期刊中的一項研究成果中顯示，Durham大學(xué)聯(lián)合 Jagiellonian大學(xué)和 John Innes中心的研究團隊在解析DNA旋轉(zhuǎn)酶這一關(guān)鍵細(xì)菌酶的工作機制方面取得了突破性進展。
DNA旋轉(zhuǎn)酶是一種僅存在于細(xì)菌中的酶，負(fù)責(zé)對細(xì)菌DNA進行超螺旋化，這一過程對細(xì)菌生存至關(guān)重要。
研究團隊利用高分辨率冷凍電子顯微鏡技術(shù)，首次揭示了DNA旋轉(zhuǎn)酶在DNA作用過程中的精細(xì)結(jié)構(gòu)，為理解其復(fù)雜的工作機制提供了全新視角。
圖片信息：手性包裹大腸桿菌旋酶復(fù)合體的整體結(jié)構(gòu)和正超螺旋DNA環(huán)的結(jié)構(gòu)。
DNA旋轉(zhuǎn)酶的運作就像一個精密的分子機器，能夠精準(zhǔn)地扭轉(zhuǎn)并穩(wěn)定細(xì)菌DNA。這一超螺旋化過程類似于擰緊橡皮筋，隨著扭轉(zhuǎn)加劇，DNA變得更加緊密。不同于松開的橡皮筋，DNA旋轉(zhuǎn)酶能穩(wěn)定這種扭曲狀態(tài)，使細(xì)菌DNA保持功能性。
研究顯示，DNA旋轉(zhuǎn)酶會將DNA包裹成“8字形”環(huán)，隨后精準(zhǔn)剪斷并重新連接DNA片段，同時允許它們交錯通過。這一過程極為精細(xì)，如果DNA始終斷裂，細(xì)菌將無法存活。
通過冷凍電子顯微鏡拍攝的高分辨率圖像，研究人員觀察到旋轉(zhuǎn)酶利用蛋白質(zhì)“手臂”完成DNA的“8字形”包裝。這一發(fā)現(xiàn)更新了此前幾十年的傳統(tǒng)認(rèn)知，展現(xiàn)出旋轉(zhuǎn)酶作為一個高度協(xié)調(diào)的多部件系統(tǒng)，其每個部分都以特定的順序完成操作。
杜倫大學(xué)的研究合著者Jonathan Heddle教授表示：“研究表明，DNA旋轉(zhuǎn)酶在超螺旋化過程中，其復(fù)雜部件的位置和動作順序與我們此前的理解有所不同，這為未來的研究設(shè)計提供了全新啟發(fā)。”
這一發(fā)現(xiàn)不僅加深了對細(xì)菌生物學(xué)的認(rèn)知，還為進一步研究這一分子機器的精確運作機制提供了寶貴線索。研究團隊計劃繼續(xù)捕捉旋轉(zhuǎn)酶在不同工作階段的結(jié)構(gòu)圖像，逐步構(gòu)建其動態(tài)運作的分子全景圖，為未來的研究奠定基礎(chǔ)。
雜志：Proceedings of the National Academy of Sciences
DOI：10.1073/pnas.2407398121
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