2019年12月13日Science期刊精华

2019年12月21日讯/BIOON/---本周又有一期新的Science期刊（2019年12月13日）发布，它有哪些精彩研究呢？让小编一一道来。

图片来自Science期刊。

1.

doi:10.1126/science.aaz3418; doi:10.1126/science.aaz4475

黏连蛋白（cohesin）是一种结合染色体的多亚基腺苷三磷酸酶复合物。在加载到染色体上后，它会产生DNA环来调节染色体功能。有人提出黏连蛋白通过环挤压来实现基因组组装，然而缺乏直接的证据来支持这一点。

在第一项新的研究中，奥地利维也纳生物中心分子病理学研究所（IMP）主任Jan-Michael Peters及其团队首次证实一种分子机器通过“环挤压（loop extrusion）”主动地和有目的地折叠DNA，从而在间期细胞中实现了多种重要功能。这种针对DNA成环（DNA looping，即形成DNA环）过程提出的新见解改变了关于基因组如何在细胞内组装的旧观点。这一发现阐明了生命的基本机制，并解决了长达十年的科学争端。相关研究结果发表在2019年12月13日的Science期刊上，论文标题为“DNA loop extrusion by human cohesin”。

Peters团队（包括Peters实验室资深博士后研究员Iain Davidson）能够在体外的一种简化系统中重建黏连蛋白的功能。因此，Davidson能够观察到单个黏连蛋白分子如何将DNA的单个片段快速地挤压成DNA环。他的发现影响深远，并以多种方式改变了对基因组的整体认识：（1）基因组不是静态的，而是高度动态的结构；（2）基因组DNA的折叠是一种受到主动调节的过程，它涉及通过挤压让DNA分子成环，并且许多DNA环在不断运动；（3）这种DNA成环是由黏连蛋白介导的，因此黏连蛋白必须是一种分子马达，类似于诸如肌球蛋白之类的其他马达蛋白；（4）黏连蛋白分子在DNA周围形成钩环状的环状结构，而且还必须通过多个结合位点动态连接到DNA上，这样才能够折叠DNA；正如去年所发现的那样，凝缩蛋白（condensin）也必须如此。

在第二项新的研究中，来自美国德克萨斯大学西南医学中心和德克萨斯州大学奥斯汀分校的研究人员利用单分子成像揭示重组的人黏连蛋白-NIPBL复合物通过挤压DNA环来压缩裸露的和核小体结合的DNA。相关研究结果发表在2019年12月13日的Science期刊上，论文标题为“Human cohesin compacts DNA by loop extrusion”。论文通讯作者为德克萨斯大学西南医学中心的Hongtao Yu博士和德克萨斯州大学奥斯汀分校的Ilya J. Finkelstein博士。

黏连蛋白开展的这种DNA压缩需要三磷酸腺苷（ATP）水解，并且对压力敏感。这种压缩过程以每秒0.5kb的平均速率处理数万个碱基。黏连蛋白对双链DNA的压缩表明黏连蛋白二聚体双向挤压DNA环。这些结果表明黏连蛋白-NIPBL复合物是一种由ATP驱动的能够进行DNA环挤压的分子马达。

总之，这两项新的研究表明与黏连蛋白调节姐妹染色单体黏连在一起的方式不同，这种蛋白在环挤压过程中似乎不会在拓扑结构上捕获DNA。这些结果为染色质组装的环挤压模型提供了直接证据，并表明基因组结构是高度动态变化的。