Cell:「小身体,大智慧」Cell 重磅揭示大肠杆菌染色体拉链模式及影响因素

2021-10-13 16:28:01 来源:
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生殖细胞是巨噬细胞生命活动的颗粒结构设计基础,与多种巨噬细胞每一次息息涉及,如基因表达、DNA 重建和生殖细胞剥离,其应该前端至关重要。所有巨噬细胞都须将自身的基因组通过前端压缩在一个小体积紧致当中的。

与真核巨噬细胞相同,菌株巨噬细胞没有核膜,并且不可能会将其生殖细胞 DNA 包装变成类似于核小体的段落结构设计单元。然而,它们仍然前端并分散的它们的生殖细胞颗粒,形变成一个一个系统的、有许多组织的 DNA 互联网,称作类核(nucleoid)。

据悉,美国耶鲁大学 Christine Jacobs-Wagner 研究变成果小组在 Cell 杂志上发表了并作 Interconnecting solvent quality, transcription, and chromosome folding in Escherichia coli 的论文,揭示了细菌中的的生殖细胞前端规律。

在本研究变成果中的,原作者运用于巨噬细胞的简单树脂理论物理学视角,将巨噬细胞膜视为树脂溶液,其中的树脂是 DNA,混合物是巨噬细胞膜中的的其他所有颗粒(例如,水、代谢物、氨基酸、mRNA和 RNA)。

根据树脂-混合物电磁力,混合物的质量分界细分三种并不一定:理想、极佳和负。

在极佳波动的混合物中的,树脂和混合物错综复杂的电磁力优于树脂支链段错综复杂的电磁力。意味著,在经常性混合物中的,树脂支链段错综复杂的电磁力比它们与混合物的电磁力更有利。理想静止锥形态则是排外和欣赏电磁力被彼此错综复杂抵消。

类核区都从内 DNA 浓度(特写;也:Cell)

细菌巨噬细胞中的的密切相关不等类核一般来说

在营养成分巨量和营养成分丰富的必要条件下,巨噬细胞 DNA 酸度和类核一般来说理论上保持不变。

为了探测类核多边形一般来说,研究变成果人员使用细菌菌株(CJW6340,表达带有 GFP 记号的人工设计的氨基酸,该氨基酸自零部件变成 25 nm 的 60 个核苷酸十二面体薄膜笼内)进行单量子跟踪测试。

单量子跟踪测试表明类核不存在紧致位阻,理论上不等均方位移与布朗运动相符,表明不等类核多边形材质> 25 nm。

使用非常大的探针 GFP-μNS 颗粒(不等一般来说为 58 nm)的探针,找到其相对于在巨噬细胞极区(即临近类核)的可能性上升,估计密切相关不等类核多边形一般来说约为 50 nm。

密切相关不等类核多边形材质的估计(特写;也:Cell)

巨噬细胞膜是生殖细胞的经常性混合物并推动生殖细胞结构设计都从的形变成

通过生殖细胞构象的 3D 蒙特卡罗各种类型将细菌生殖细胞数据分析为自由连接的支链,修正相邻 DNA 片段错综复杂角度范围的约束,以各种类型混合颗粒量。

各种类型揭示了相同混合物必要条件下生殖细胞构象的巨大负异:

相对于理想和极佳的混合物必要条件,在经常性混合物必要条件下,DNA 反射率似乎在紧致上更加不均匀特有种,与用超分辨率紫外光图像观察的菌株类核 DNA 反射率的紧致系统性相符。相比于极佳的混合物,巨噬细胞膜的经常性混合物波动可以所致多至 60 倍的生殖细胞扭力。

在经常性混合物中的,DNA 片段往往彼此更接近,所致形变成 DNA 反射率更高的区都从与 DNA 反射率低的区都从交错。这种 DNA 反射率的紧致系统性产生了空洞现象,以上升表面的不等多边形材质,并并不需要非常大的物体通过。

而在理想和极佳的混合物必要条件下,类核 DNA 反射率在紧致上更加均匀特有种,不等多边形材质比较大。

巨噬细胞膜中的有效的经常性混合物可以推动生殖细胞结构设计都从(domain)的形变成,这种结构设计类似于 Hi-C 测试中的所见到的染色质相主导作用都从(CIDs)。只有在较负混合物必要条件下才能看到大的都从锥形结构设计。

细菌生殖细胞构象在相同并不一定混合物中的的各种类型(特写;也:Cell)

类丝氨酸液mRNA反射率的紧致系统性与DNA反射率排列成负涉及

mRNA主要以核苷酸mRNA范例存在,富含在类核区都从以外。断层重建和mRNA相对于表明,mRNA反射率更高度不均匀特有种。除了考虑到的mRNA在巨噬细胞周围富含外,mRNA在巨噬细胞膜中的展示成成反射率的系统性,包括在巨噬细胞的中的心区都从 (即类核区)。

在类丝氨酸液,mRNA紫外光讯号与 DNA 讯号排列成负涉及,这说明巨噬细胞膜的经常性混合物波动是所致 DNA 反射率不均匀特有种的原因,而 DNA 反射率不均匀特有种又反过来影响了mRNA的相对于。

细菌层析图中的mRNA的紧致特有种(特写;也:Cell)

mRNA反射率与类核区都从内的 DNA 排列成负涉及(特写;也:Cell)

相同混合物中的生殖细胞一般来说的各种类型结果(特写;也:Cell)

mRNA是所致巨噬细胞膜经常性混合物波动的原因

如果核苷酸mRNA拥堵是核样彼此错综复杂化的主要推动原因,那么这个假说预言,即使mRNA不所致影响,核苷酸mRNA丰度的减少也可能会所致类核样扩张。

为了检验这种可能性,原作者用;还有霉素(Ksg,一种众所周知的 RNA 翻译启动减缓剂)处理过程细菌巨噬细胞,以将核苷酸mRNA转化为游离的mRNA亚该单位和无mRNA的 mRNAs,减少核苷酸mRNA的丰度。

原作者找到巨噬细胞与 Ksg 孵育 40 分钟后类丝氨酸并没有扩大,大多数类丝氨酸看一起更加紧凑,巨噬细胞中的可辨别类丝氨酸的比例敬着减少。

Ksg 处理过程所致类核向彼此移动与合并。这种聚合能界面电磁力减小,推动类丝氨酸和 RNA 错综复杂的剥离。

而在利福平(Rif,一种广谱抗生素药物)处理过程后,RNA 合变成取消,mRNA减缓,核质比率 (核质面积除以巨噬细胞面积) 上升,核质时有发生膨胀。这些相比较 RNA 水平越更高,RNA 和 DNA 错综复杂的剥离越大,核样结构设计越彼此错综复杂。

总之,DNA 和 RNA 错综复杂的排外主导作用,所致了生殖细胞巨噬细胞膜的经常性混合物波动。

RNA/DNA 剥离和类核彼此错综复杂度(特写;也:Cell)

所致巨噬细胞膜经常性混合物波动的原因

类核蛋白(NAPs)和其他 DNA 相辅相成蛋白(如mRNA调节蛋白)是与生殖细胞电磁力的原因之一。蛋白与锂 DNA 树脂的相辅相成能局部改变生殖细胞的静电势,通过弯转扭曲 DNA 减少 DNA 棒锥形长度,进一步改变类丝氨酸的压缩持续性和多边形材质。

更高离子强度的巨噬细胞膜也可能所致较负的混合物波动。活体研究变成果表明,随着盐浓度的上升,DNA 片段错综复杂的净彼此错综复杂排外减少。三价镁离子不仅可以无法访问 DNA 上的负电荷,还可以诱导 DNA 片段错综复杂的彼此错综复杂欣赏。

分子动力学各种类型表明,大分子拥堵可以被视为有效地降低混合物波动。因此,核苷酸mRNA丰度的变化、更高 RNA 水平与 RNA/DNA 剥离度和类核彼此错综复杂持续性加大涉及。

在 CID 都从的疆界,更高mRNA活性所致新生 RNA 积攒。这些 RNA 仍然通过 RNA RNA与 DNA 相辅相成,不能诱发。原作者表明,为了尽量减少与这些相辅相成 RNA 的触及,DNA 支链通过膨胀降低其疆界处的局部反射率,在疆界后侧形变成密集的 DNA 区都从。

研究变成果耀眼:

细菌作为众所周知的模式生物,是研究变成果得最为详尽的原核菌株。它们的生殖细胞被压缩变成类核,但对于生殖细胞压缩和结构设计都从的形变成还没有完全思考。

本研究变成果中的提成了一种预测细菌中的类核不等多边形一般来说的方法。当巨噬细胞被视为简单的半稀释树脂溶液时,巨噬细胞膜展示成为生殖细胞的经常性混合物。

经常性混合物波动可能会所致生殖细胞硬质和 DNA 反射率系统性,柔性 DNA 反射率与类核内的mRNA反射率排列成负涉及,并找到 RNA 也可能会所致经常性的混合物波动。该研究变成果将生殖细胞硬质和结构设计都从形变成与mRNA和巨噬细胞内许多组织建立联系一起,对生殖细胞形变成的机制有了更深入的了解。

特写;也:Cell

原始成处:

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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