在細(xì)胞內(nèi)，DNA緊緊盤(pán)繞，并與幾種蛋白質(zhì)包裝成一種稱(chēng)為“染色質(zhì)"的結(jié)構(gòu)，這可讓DNA適應(yīng)細(xì)胞環(huán)境，同時(shí)也防止基因在錯(cuò)誤的時(shí)間表達(dá)。在一個(gè)化學(xué)“條碼"的指導(dǎo)下，專(zhuān)門(mén)的效應(yīng)蛋白可以結(jié)合染色質(zhì)，解開(kāi)它或進(jìn)一步壓縮，以激活或沉默基因。該系統(tǒng)對(duì)生物學(xué)和醫(yī)學(xué)具有巨大的影響。然而，效應(yīng)蛋白-染色質(zhì)相互作用的效率，一直是難以捉摸的，特別是由于兩者之間的弱約束力。瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的科學(xué)家，通過(guò)同時(shí)跟蹤一個(gè)分子的這些相互作用，發(fā)現(xiàn)，一種重要的效應(yīng)蛋白如何快速尋找與其他同類(lèi)配對(duì)的染色質(zhì)結(jié)合位點(diǎn)。
研究表明，一個(gè)主要的效應(yīng)蛋白通過(guò)更強(qiáng)烈地結(jié)合染色質(zhì)，而不是與其更快地結(jié)合、再結(jié)合，來(lái)增加其效率。這個(gè)蛋白質(zhì)稱(chēng)為HP1α，可相對(duì)容易地從染色質(zhì)上分離，在與DNA相互作用的蛋白質(zhì)當(dāng)中，這是常見(jiàn)的。為了彌補(bǔ)這一“松散結(jié)合"，HP1α可加快其結(jié)合率，但也會(huì)成對(duì)地在一起，zui大化它的結(jié)合位點(diǎn)
科學(xué)家們用單分子測(cè)量——一種高度敏感的實(shí)驗(yàn)方法。在之前，這項(xiàng)技術(shù)從來(lái)沒(méi)有用于這方面，可讓研究人員實(shí)時(shí)觀察到與染色質(zhì)相互作用的單個(gè)HP1α蛋白質(zhì)。該團(tuán)隊(duì)還合成了含有適當(dāng)化學(xué)標(biāo)識(shí)符的染色質(zhì)纖維，并且他們用這個(gè)系統(tǒng)來(lái)探討不同條件和實(shí)驗(yàn)參數(shù)下的HP1α結(jié)合。
除了結(jié)合率的增加之外，科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)HP1α連接到其他HP1α蛋白成為二聚體時(shí)，它能增加其結(jié)合位點(diǎn)，這樣，它就可以zui大限度地與染色質(zhì)相互作用。重要的是要記住，細(xì)胞內(nèi)的相互作用并不是靜態(tài)的；分子不斷地連接和斷開(kāi)，往往爭(zhēng)奪相同的位置。通過(guò)提高其結(jié)合速度，并增加其結(jié)合位點(diǎn)，HP1α有更好的機(jī)會(huì)更久地結(jié)合染色質(zhì)，從而調(diào)節(jié)基因的表達(dá)。
由于這一機(jī)制對(duì)細(xì)胞增殖和生長(zhǎng)的重要性，所以在癌癥研究和有問(wèn)題的基因調(diào)控所造成的疾病中，它有著特殊的意義。現(xiàn)在，Fierz的團(tuán)隊(duì)正努力將他們的單分子方法進(jìn)行擴(kuò)展，來(lái)研究更復(fù)雜的過(guò)程，特別損傷DNA是如何修復(fù)的。他說(shuō)：“我們要觀察發(fā)生的復(fù)雜生物學(xué)現(xiàn)象，并在定量水平上理解它。我們的化學(xué)方法使我們能*控制蛋白質(zhì)-染色質(zhì)動(dòng)力學(xué)，當(dāng)前的研究為這些的見(jiàn)解，打好了基礎(chǔ)。"
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