我們每個(gè)細(xì)胞內(nèi)的基因組都是通過張力和扭轉(zhuǎn)來模擬的——部分原因是蛋白質(zhì)的活動(dòng)，這些蛋白質(zhì)使dna緊密、繞圈、包裹和解開——但科學(xué)家們對(duì)這些力量是如何影響基因轉(zhuǎn)錄的知之甚少。

小韋納德·l·米勒博士(Dr. Waenard L. Miller, Jr.)的勞拉·芬齊(Laura Finzi)說，“有很多機(jī)械力一直在起作用，我們從未考慮過，我們對(duì)此知之甚少，教科書中也沒有提到?！?969年，希拉·m·米勒在克萊姆森大學(xué)擔(dān)任醫(yī)學(xué)生物物理學(xué)教授。

轉(zhuǎn)錄是細(xì)胞將DNA片段復(fù)制成RNA的過程。一種被稱為信使RNA (mRNA)的RNA對(duì)信息進(jìn)行編碼，以制造細(xì)胞或組織的結(jié)構(gòu)和功能所需的蛋白質(zhì)。

RNA聚合酶(RNAP)是一種產(chǎn)生mRNA的蛋白質(zhì)。它沿著雙螺旋DNA進(jìn)行跟蹤，將其解開以讀取其中一條鏈的堿基對(duì)序列，并合成匹配的mRNA。當(dāng)RNAP與“啟動(dòng)子”DNA序列結(jié)合時(shí)，基因的這種“轉(zhuǎn)錄”開始，并在mRNA拷貝被釋放的“終止子”序列結(jié)束。規(guī)范的終止觀點(diǎn)認(rèn)為，在釋放mRNA后，RNAP與DNA分離。

由Finzi領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組，包括克萊姆森物理與天文學(xué)系的研究教授David Dunlap，首次證明了力是如何在規(guī)范終止的另一種選擇中發(fā)揮作用的。他們的研究發(fā)表在《自然通訊》雜志上。

使用磁性鑷子沿著DNA模板拉RNAP聚合酶，研究人員能夠證明，在到達(dá)終止子時(shí)，細(xì)菌RNA聚合酶可能留在DNA模板上，并被拉著向后滑動(dòng)到相同的或向前滑動(dòng)到相鄰的啟動(dòng)子，開始隨后的轉(zhuǎn)錄周期。因此，力的方向決定了DNA片段是可以多次轉(zhuǎn)錄還是只轉(zhuǎn)錄一次。Finzi和Dunlap報(bào)告說，這種力導(dǎo)向的循環(huán)機(jī)制可以改變鄰近基因的相對(duì)豐度。

此外，他們發(fā)現(xiàn)滑動(dòng)RNAP的能力需要α亞基的c端結(jié)構(gòu)域識(shí)別與滑動(dòng)方向相反的啟動(dòng)子。這些亞基“允許它保持在軌道上，翻轉(zhuǎn)并抓住DNA雙螺旋的另一條鏈，那里可能有另一個(gè)啟動(dòng)子，”她說。事實(shí)上，隨著α亞基的刪除，反向啟動(dòng)子的翻轉(zhuǎn)不會(huì)發(fā)生。

對(duì)調(diào)控基因組轉(zhuǎn)錄活性的分子機(jī)制的透徹理解可能會(huì)確定RNAP可能被修飾以抑制某些蛋白質(zhì)和預(yù)防疾病的治療方案。

芬齊說，基因組中可能有一些地方的循環(huán)比其他地方更頻繁，但這仍然是未知的。

“我的希望是，有一天我們將有一個(gè)作用于基因組的力的時(shí)空?qǐng)D，在我們生物體中各種類型的細(xì)胞的生命周期的不同時(shí)間。芬齊說:“我們的研究強(qiáng)調(diào)了力對(duì)重復(fù)轉(zhuǎn)錄概率的影響，這可能有助于以熱圖的方式預(yù)測(cè)和繪制不同基因的不同轉(zhuǎn)錄水平?！?/p>