美國科學(xué)院院士莊小威團隊開拓測量DNA與蛋白質(zhì)相互作用新技術(shù)
許多基因組處理反應(yīng)，包括轉(zhuǎn)錄、復(fù)制和修復(fù)，都會產(chǎn)生DNA旋轉(zhuǎn)。直接測量DNA旋轉(zhuǎn)的方法，如轉(zhuǎn)子珠跟蹤、角度光學(xué)捕獲和磁性鑷子，有助于揭示一系列基因組加工酶的作用機制，包括RNA聚合酶（RNAP），gyrase，病毒DNA包裝機器和DNA重組酶。盡管旋轉(zhuǎn)測量有可能改變我們對基因組處理反應(yīng)的理解，但測量DNA旋轉(zhuǎn)仍然是一項艱巨的任務(wù)?，F(xiàn)有方法的時間分辨率不足以跟蹤在生理條件下由許多酶誘導(dǎo)的旋轉(zhuǎn)，并且測量通量通常較低。
2019年7月17日，哈佛大學(xué)莊小威團隊在Nature在線發(fā)表題為“Rotation tracking of genome-processing enzymes using DNA origami rotors”的研究論文,該研究通過應(yīng)用ORBIT跟蹤RecBCD介導(dǎo)的DNA解旋，揭示了RecBCD啟動的機制；當(dāng)應(yīng)用于RNAP的研究時，ORBIT允許研究人員在轉(zhuǎn)錄過程中觀察單堿基對的旋轉(zhuǎn)步驟。研究證明了DNA納米技術(shù)在機械研究中擴增生物分子運動的能力?？紤]到該方法的旋轉(zhuǎn)跟蹤功能僅需要標(biāo)準(zhǔn)熒光顯微鏡，并且折紙轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)特性可以輕松定制，ORBIT將在旋轉(zhuǎn)測量和酶機制研究中有廣泛的應(yīng)用。結(jié)合使用外部電場操縱DNA折紙的能力，該方法可以進一步實現(xiàn)單分子力和扭矩光譜的高通量平臺。
該研究描述了在RecBCD誘導(dǎo)的DNA解旋期間發(fā)生的一系列事件-包括起始，進行性易位，暫停和回溯-并且揭示了涉及可逆的ATP非依賴性DNA展開和RecB運動的參與的起始機制。在通過RNAP轉(zhuǎn)錄期間，研究人員直接觀察到對應(yīng)于單堿基對的解旋的旋轉(zhuǎn)步驟。ORBIT將能夠研究蛋白質(zhì)和DNA之間的廣泛相互作用。
