細胞在將它的完整基因組DNA（即遺傳物質(zhì)）裝入小小的細胞核中時，一方面確保有高度有組裝地儲存遺傳物質(zhì)，另一方面可以根據(jù)需要對它進行轉(zhuǎn)錄、復(fù)制或修復(fù)。不同的蛋白負責節(jié)省空間的包裝，從而可以卷起或纏繞DNA。在一項新的研究中，來自德國馬克斯-普朗克生物化學研究所、慕尼黑工業(yè)大學、奧地利維也納生物中心、美國麻省理工學院、哈佛大學和蘇格蘭愛丁堡大學的研究人員在研究這些分子機器的確切任務(wù)和功能時發(fā)現(xiàn)，MCM復(fù)合物在限制DNA環(huán)形成從而在基因組的三維結(jié)構(gòu)和基因調(diào)控中發(fā)揮著重要作用。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2022年5月18日在線發(fā)表在Nature期刊上，論文標題為“MCM complexes are barriers that restrict cohesin-mediated loop extrusion”。

人體內(nèi)DNA分子大約有兩米長，仍然要裝進一個小小的細胞核。一個細胞核的大小與打印機的墨粉顆?；蚣毿〉幕覊m顆粒差不多。這是如何做到的？遺傳信息如何一方面被儲存和包裝，另一方面又能被讀??？它是如何被放入DNA環(huán)中的？包裝和解包裝也是動態(tài)的過程，必須快速平穩(wěn)地運行。

如今，這些作者發(fā)現(xiàn)一種因在DNA復(fù)制中的功能而聞名的蛋白復(fù)合物在基因組折疊中具有意想不到的作用。論文共同通訊作者、馬克斯-普朗克生物化學研究所全能性系主任Kiku? Tachibana說，“在我們研究所的一個研討會上，我的新同事Karl Duderstadt和我有共同的興趣。我們決定聯(lián)合起來，用互補的方法在機理層面上研究這些初步的觀察結(jié)果。”Duderstadt也是一名論文共同通訊作者，還是馬克斯-普朗克生物化學研究所分子機器的結(jié)構(gòu)與動力學課題組負責人。

新一類的障礙物

在這項新的研究中，這些作者共同確定了這種稱為微小染色體維持復(fù)合物（minichromosome maintenance complex, MCM）的蛋白復(fù)合物是形成DNA環(huán)的一類新障礙。在DNA環(huán)形成過程（稱為環(huán)擠壓）中，主要涉及三種蛋白或蛋白復(fù)合物：**是黏連蛋白（cohesin），**是鋅指蛋白CTCF，第三是MCM復(fù)合物。黏連蛋白與DNA結(jié)合并啟動DNA環(huán)的形成。黏連蛋白纏繞著DNA，這導(dǎo)致DNA環(huán)的逐漸增長。阻止MCM在G1同步化的合子中的裝載。

當黏連蛋白遇到與DNA結(jié)合蛋白CTCF時，環(huán)擠壓（loop extrusion）停止，CTCF是這項新研究之前**已知的環(huán)擠壓障礙物。在鑒定出新的環(huán)擠壓障礙物MCM之后，論文共同通訊作者、馬克斯-普朗克生物化學研究所的Kiku? Tachibana解釋說，“與CTCF是脊椎動物特有的環(huán)擠壓障礙物不同的是，MCM在真核生物和古**中是保守的。因此，考慮到這可能是環(huán)擠壓的一個祖先障礙物是很吸引人的?！边@項新的研究提出了一種可能性，即進行環(huán)擠壓的黏連蛋白復(fù)合物與MCM復(fù)合物的相遇是組裝多種有機體基因組折疊的基本機制的一部分。

Duderstadt總結(jié)說，“我們的發(fā)現(xiàn)是通過組建一個驚人的、具有廣泛領(lǐng)域?qū)I(yè)知識的國際團隊才得以實現(xiàn)。這項新的研究證明了在不同領(lǐng)域之間建立橋梁是有可能的。我相信，隨著我們對控制染色體組裝的相互作用網(wǎng)絡(luò)的深入探索，還會有更多的驚喜等著我們?！保ㄉ锕?nbsp;Bioon.com）