{{{sourceTextContent.title}}}

Ein neues Einzelnmolekül Werkzeug, zum der Enzyme bei der Arbeit zu beobachten

{{{sourceTextContent.subTitle}}}

Eine Mannschaft der Wissenschaftler an der Universität von Washington und die Biotechnologiefirma Illumina haben ein erfinderisches Werkzeug hergestellt, um die empfindlichen, Einzelnmolekül Interaktionen zwischen DNA und enzymatischen Proteinen direkt zu ermitteln.

{{{sourceTextContent.description}}}

Ihre Annäherung liefert eine neue Plattform, um diese nanoscale Interaktionen in der Realzeit anzusehen und zu notieren. Da sie über Sept. 28 in der Natur-Biotechnologie berichten, sollte dieses Werkzeug schnelle und zuverlässige Kennzeichnung des zellularen Proteingebrauches der verschiedenen Mechanismen zur Verfügung stellen, an DNA-Stränge zu binden -- Informationen, die neues Licht auf verschütten konnten, Atom-stufen Interaktionen innerhalb unserer Zellen ein und helfen, neue medikamentöse Therapien gegen Krankheitserreger zu entwerfen, indem sie Enzyme zielen, die auf DNA einwirken.

„Es gibt andere Einzelnmolekül Werkzeuge herum, aber unser neues Werkzeug ist weit empfindlicher,“ sagte älteren Autoren- und UW Physikprofessor Jens Gundlach. „Wir können wirklich aufheben Atom-einstufen Bewegungen, die ein Protein zuteilt auf DNA.“

Wie im wissenschaftlichen Prozess geschehen kann, entwickelten sie dieses Werkzeug -- die Einzelnmolekül Picometerentschließung nanopore Pinzette oder SPRNT -- beim Arbeiten an einem in Verbindung stehenden Projekt.

Die UW Mannschaft hat nanopore Technologie erforscht, um DNA-Reihenfolgen schnell zu lesen. Unsere Gene sind lange Ausdehnungen der DNA-Moleküle, die bestehen Kombinationen vier chemischer DNA „Buchstaben.“ In ihrer Annäherung messen Gundlach und seine Mannschaft einen elektrischen Strom durch eine biologische Pore, die MspA genannt wird, das innerhalb einer geänderten Zellenmembrane eingebettet wird. Wie DNA durch eine kleine Öffnung in der Pore überschreitet -- eine Öffnung, die gerade 0.00000012 Zentimeter breit ist oder 1/10,000. die Breite eines Menschenhaars -- die Stromverschiebungen basiert auf der Reihenfolge der DNA-Buchstaben. Sie benutzen diese Änderungen im Strom, um DNA-Reihenfolgen zu schließen.

Gundlach und seine Mannschaft, bei dem nachforschender reihe nach ordnenden nanopore, probierten eine Vielzahl der molekularen Motoren aus, um DNA durch die Pore zu verschieben. Sie entdeckten, dass ihre experimentelle Einstellung genug empfindlich war, die Bewegungen zu beobachten, die zwischen angrenzenden Buchstaben auf der DNA viel kleiner als der Abstand sind. Da sie in ihrem Papier berichten, ist SPRNT mehr als siebenmal empfindlicher als vorhandene Techniken für Maßinteraktionen zwischen DNA und Proteinen.

„Im Allgemeinen, die meisten vorhandenen Techniken, zum der Einzelnmolekül Bewegungen zu betrachten -- wie optische Pinzette -- haben Sie eine Entschließung, bestenfalls von ungefähr 300 Picometers,“ sagte Gundlach. „Mit SPRNT, können wir die Entschließung mit 40 Picometer haben.“

Als Referenz sind 40 Picometers 0.000000004 Zentimeter oder ungefähr 0.0000000016 Zoll.

„Wir verwirklichten, dass wir minuziöse Unterschiede bezüglich der Position der DNA in der Pore ermitteln können,“, sagte UW Physik-Habilitationsforscher Andrew Laszlo, ein Mitverfasser auf dem Papier. „Wir könnten aufheben Unterschiede bezüglich, wie die Proteine an DNA banden und verschoben sie durch die Pore.“

Diese Unterschiede erklären die einzigartige Rolle Spiele jedes zellulare Proteins, während sie auf DNA einwirkt. Zellen haben die Proteine, zum von DNA zu kopieren, „gelesene“ DNA, um Gene auszudrücken und DNA zu reparieren, wenn sie beschädigt wird. Es gibt zellulare Proteine, die DNA abwickeln, während andere DNA fest zusammen bündeln.

Biologen haben lang erkannt, dass Proteine die verschiedenen Strukturen haben, zum dieser Rollen durchzuführen, aber die körperliche Bewegung der Proteine, während sie an DNA arbeiten, ist schwierig, direkt zu ermitteln gewesen.

„Wenn Sie die Art der Entschließung haben, die SPRNT anbietet, können Sie beginnen, die Minuteschritte auseinander auszuwählen Nehmen dieser Proteine,“ sagte Laszlo.

Gundlach und seine Mannschaft zeigen, dass SPRNT genug empfindlich ist, zwischen den Mechanismen zu unterscheiden, die zwei zellulare Proteine verwenden, um DNA durch die nanopore Öffnung zu führen. Ein Protein, das normalerweise DNA kopiert, bewegt sich entlang den Buchstaben DNA-eine auf einmal als es führt DNA durch die Pore. Das zweite Protein, das normalerweise DNA abwickelt, unternimmt stattdessen zwei Schritte entlang jedem DNA-Buchstaben, den sie aufheben konnten, indem sie minuziöse Änderungen im Strom, nach Ansicht des Mitverfasser- und UW Physikdoktorkursteilnehmers Jonathan Craig aufspürten. Sie entdeckten sogar, dass diese zwei Schritte aufeinander folgende chemische Prozesse miteinbeziehen, die das Protein verwendet, um entlang DNA zu gehen.

„Sie können die zugrunde liegenden Mechanismen wirklich sehen, und das hat eine Tonne Implikationen -- vom Verständnis, wie Lebenswerke zum Drogeentwurf,“ Laszlo sagten.

Gundlach glaubt, dass dieses Werkzeug öffnen kann ein neues Fenster für das Verständnis, wie zellulare Proteine DNA verarbeiten, die Ingenieurproteinen genetisch helfen könnte, um neue Jobs durchzuführen. Diese feinen Details können Wissenschaftlern auch helfen, zu verstehen, wie Veränderungen in den Proteinen zu Krankheit führen oder Proteineigenschaften finden können, die ideale Ziele für medikamentöse Therapien sein würden.

„Zum Beispiel, sagte Virengencode für ihre eigenen Proteine, die ihre DNA verarbeiten,“ Gundlach. „Wenn wir SPRNT verwenden können, um für Drogen auszusortieren, die spezifisch das Arbeiten dieser Proteine stören, zu behindern kann möglich sein, Viren.“