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病毒綁架細胞生物物理學機理揭開
閱讀：235 發(fā)布時間：2013-7-26病毒綁架細胞生物物理學機理揭開
據物理學家組織網報道，zui近，美國埃默里大學研究人員通過實驗，演示了一種病毒體內的C1蛋白是怎樣彎曲DNA，使其成為一個圓環(huán)，然后關閉自身毒性進入蟄伏期的。他們還定量檢測了彎曲過程中的作用力大小，這些數據有助于進一步研究DNA生理學和基因開關動力學。相關論文發(fā)表在《物理評論E輯》上。
當細菌或病毒侵入細胞后，它們就開始翻檢宿主的細胞核，用一種粘合劑蛋白重新塑造宿主DNA鏈。這種蛋白像小手，能牢牢地抓住某個特定DNA序列，將其彎曲、打結、擰螺旋；還有一種非特定粘合蛋白能抓住DNA鏈的任何部分。
他們選用的病毒是能感染大腸桿菌的λ噬菌體，C1蛋白是該病毒體內的一種抑制子。病毒會將自身DNA注入細菌，其DNA會與細菌染色體合并。C1蛋白很快就會在病毒DNA的特殊序列上將其粘合，形成一個環(huán)。只要環(huán)是閉合的，病毒就保持蟄伏，一旦環(huán)打開，細菌就被綁架：病毒關閉細菌基因而打開它自己的，變得有毒。
“基本上，這個環(huán)是作為分子開關。它在休眠期間非常穩(wěn)定，但對外界環(huán)境又高度敏感。如果細菌饑餓或中毒，病毒DNA立刻就會接到信號，拋棄老宿主另謀新宿主，此時環(huán)就被打開。”埃默里大學生物物理學教授勞拉·芬齊解釋說，“我們研究的就是，C1介導的環(huán)基機制是怎樣在休眠期間，既保持穩(wěn)定又保持敏感，一接到信號立刻就開啟毒性的。”
芬齊實驗室證明了C1蛋白能形成環(huán)。他們一直在利用單分子技術研究基因表達力學。“我們分析了環(huán)形成動力學，發(fā)現其中非特定粘合起了重要作用。我們想用的功能參數重建這一機制。”
研究生錢德·方登用微小磁粉給DNA分子作標記，然后用磁鑷在顯微鏡液體室中拉動DNA。他用磁鑷逐漸靠近DNA，進一步拉它，DNA分子的長度就會擴張，由此可以標記出抵抗力的大小，zui后得到一個非線性的曲線圖。然后在DNA前面放一個C1蛋白，曲線就會變化，需要更大力量才能把它拉伸到與剛才同樣長度，因為C1蛋白給DNA施加了讓它彎曲的作用力。
芬齊解釋說，數據分析顯示，當C1蛋白通過特殊粘合形成了環(huán)以后，非特定粘合就像拉鏈，讓環(huán)開關起來更容易，并保持環(huán)的穩(wěn)定性，接到信號才打開。這種拉鏈效果也讓粘合位點變弱，使基因開關對環(huán)境更敏感，還能小部分打開讓它呼吸，因此環(huán)絕不會永遠關閉。
“單分子技術打開了一個生物過程力學的新時代。”芬齊說，研究證明非特定粘合并非隨機，而且在病毒決定潛伏還是暴發(fā)中起了關鍵作用。掌握C1基因開關的原理也有助于人們理解其他基因工作的原理。“希望該實驗能幫助人們進一步理解人體DNA是怎樣被折疊打包成染色體、怎樣局部解開開始基因表達的。”