凭借微型技术镊子 研究人员发现了细胞分裂的新方面

身体的细胞不断分裂 - 这有点违反直觉，意味着它们不断繁殖。因为当细胞分裂时，它不会分成两个无用的一半，而是分成两个完全功能的细胞。

为了使这个方案起作用，细胞必须首先制作其DNA的拷贝，以便每个随后的“一半”都可以获得必要的基因 - 经过几十年的研究后仍未完全了解的操作。

现在，洛克菲勒的一个科学家团队通过新的高精度技术获得了关于这一过程如何运作的重要见解。在Cell报道，他们最近对一种对DNA复制至关重要的酶的研究阐明了细胞分裂过程之前的混杂因素，并可能有一天推进癌症等疾病的研究。

岔路

大多数情况下，DNA由两条互补的链组成，它们彼此紧密地缠绕在一起，形成分子的标志性双螺旋形状。然而，这种构造无论多么优雅，都无法复制。在DNA被复制之前，其两条链必须被酶CMG解旋酶“解压缩”，该酶沿着单链滑动，在此过程中将其与其伴侣分开。

“由于这种拉链需要CMG解旋酶，它是地球上最基本的酶之一，”安东尼和朱迪思Evnin教授Michael O'Donnell说。

尽管如此，CMG并不是细胞分裂过程中唯一作用于DNA的细胞机器。事实上，DNA复制涉及整个分子团队，统称为replisome，执行不同的任务以确保遗传脚本的忠实再现。另一方面，当事情出错时，一大堆修复酶负责修复一些受损或不正确的DNA。他们在称为复制分支的区域上执行操作，该区域恰好是CMG执行其工作的同一站点。

这是一个拥挤的安排，研究人员花了很多年时间试图了解其物流。O'Donnell解释说，DNA链相当狭窄，所以如果修复酶位于复制叉上，那么解旋酶就没有多少空间了。

O“Donnell和Shixin Liu，一位可视化单分子的专家，将他们的想法放在一起回答一个基本问题：当修复酶突然进入以修复受损DNA时，解旋酶在世界上哪里去了?

为了找到答案，研究人员使用一种称为“ 光学镊子 ” 的技术分析了DNA和CMG解旋酶之间的相互作用。它涉及将DNA的两个末端附着的两个珠子之间的单个DNA悬浮并施加张力，使得DNA分子开始解开 - 有效地产生复制叉。近年来，这种类型的纳米级操作极大地扩展了科学家探索细胞复制和基因转录的各个方面的能力，使其成为研究CMG的理想工具。

结合光学镊子和荧光显微镜，研究人员能够观察解旋酶如何与DNA结合，移动和解离DNA。通过这样做，他们发现了对酶结构和功能的惊人见解。

复制启示

光学镊子像两根手握紧的一根绳子一样固定在DNA上。而且，根据共同的理解，CMG像环一样环绕DNA。除非有一些魔术师的手法，否则没有办法在一条绳子周围放一个环而不放弃它的一端。然而，研究人员观察到，当CMG处于具有镊子DNA的解决方案中时，酶以某种方式设法将自身包裹在分子的一条链上 - 这一发现促使研究人员重新评估他们对酶的理解。

“这种情况发生的唯一方法就是戒指再次开启和关闭以包围DNA，”刘说。“因此，这是导致我们怀疑CMG有一个小门的第一条线索。”

另外的实验证实，这种门开口确实存在于CMG中，并且它对无缝细胞分裂至关重要。研究人员提出，当CMG需要腾出复制叉时，它只需打开它的门，跳过它在DNA链上的当前位置，并移动到一个未被占用的部分。修复完成后，酶再次打开门，跳回原位，恢复生意。

除了阐明DNA复制机制的基本细节外，这些研究结果可能对理解和治疗包括癌症在内的疾病具有重要意义。“CMG突变与多种癌症有关，”刘说。“因此，了解这种酶的作用最终会导致研究人员进入新的药物目标。”