По словам авторов исследования, исследование, которое будет опубликовано 29 июля в журнале Science Advances, может открыть новые возможности для разработки лекарств для предотвращения или лечения бактериальной инфекции.Исследователи выяснили, насколько плотно скручены длинные нити ДНК, что необходимо, если они должны уместиться в компактных пространствах. У эукариот нити обвивают гистоновые белки, чтобы поместиться внутри ядра.
Для одноклеточных прокариот, в состав которых входят бактерии, белки HU служат гистонами, а хромосомы группируются в нуклеоид, у которого отсутствует мембрана.Когда обычные изгибы и повороты уплотнения ДНК превращаются в суперспирализацию, могут начаться проблемы.
«Было известно, что суперспирализация ДНК приводит к патогенности у бактерий, но то, как именно бактериальная хромосома конденсируется, организуется и, в конечном итоге, сегрегируется, оставалось загадкой более полувека», — сказал ведущий автор исследования Михал Хаммел, научный сотрудник из Беркли. Отделение молекулярной биофизики и интегрированного биоимиджинга лаборатории. «Что мы сделали впервые, так это визуализировали на E. coli, как происходит эта упаковка, и мы также обнаружили, что то, как белки HU упаковывают хромосомы, может запускать экспрессию генов.
Это ново».Захват HU в действииВыяснение этих молекулярных механизмов повлекло за собой визуализацию белков HU с разным разрешением и на разных стадиях с использованием двух каналов передачи в Advanced Light Source лаборатории Беркли, пользовательского объекта Управления науки Министерства энергетики США. Канал SIBYLS (структурно интегрированная биология для наук о жизни), управляемый старшим научным сотрудником Джоном Тайнером, сочетает в себе возможности рентгеновской кристаллографии и малоуглового рассеяния рентгеновских лучей (SAXS).
Кристаллография предоставила детали на атомном уровне того, как белки HU взаимодействуют с бактериальной ДНК, в то время как SAXS смогла показать, как белки HU собираются и влияют на более длинные цепи ДНК в растворе.Чтобы получить четкое представление о том, как это скручивание и упаковка проявляется на клеточном уровне, Хаммель объединился с научным сотрудником лаборатории Беркли Кэролайн Ларабелл, директором Национального центра рентгеновской томографии (NCXT), также базирующегося в Advanced Light Source.«Нам было необходимо взаимодействие этих различных методов, чтобы получить общую картину того, как взаимодействия HU с ДНК влияют на бактерии», — добавил Ларабелл, который также является профессором анатомии в Калифорнийском университете в Сан-Франциско. «С помощью рентгеновской томографии мы можем увидеть естественный контраст в органическом материале в состоянии, максимально приближенном к живому, и мы можем предоставить количественные сравнения того, насколько уплотненными были хромосомы у патогенных и нормальных штаммов E. coli. . "Ларабелл подсчитал, что генетический материал в патогенной кишечной палочке настолько плотно упакован, что потребляет меньше половины объема по сравнению с его немутантным аналогом.Мишень для контроля патогенеза
До этой статьи считалось, что фермент топоизомераза является основным двигателем свертывания ДНК у бактерий. Это новое исследование показывает, что, независимо от топоизомеразы, изменения сборки белков HU было достаточно, чтобы вызвать изменения в свертывании ДНК на разных стадиях роста бактерий.«Что примечательно в белках HU как триггере экспрессии генов, так это то, что они быстрые, — сказал Хаммел. «Это имеет смысл как механизм выживания бактерий, которым необходимо быстро адаптироваться к разным условиям».Результаты исследования также вызывают вопрос: если можно включить патогенность, можно ли ее также выключить?
«Мы определенно ожидаем ответа на этот вопрос в будущих исследованиях», — сказал Хаммель. «Эти взаимодействия HU могут быть привлекательной мишенью для лекарств, контролирующих патогенез не только бактерий, но и других микробов со сравнимой генетической структурой».