不稳定的速度细菌DNA复制蛋白质被新模式

细胞分裂是生命存在的基础,使生物生长,修复组织,和繁殖。对细胞分裂,细胞内的DNA(基因组)必须首先被复制,在这一过程被称为DNA复制。但replisomes——蛋白质的准确动态机械复制DNA——科学家们一直难以确定。

现在,冲绳科学与技术研究所的研究人员(OIST)在日本已经开发出一种新模型,该模型可以确定变化的速度replisomes复制细菌基因组。模型,结合实验表明,某些部分的DNA复制比别人更快,揭示了一个有趣的复制速度和出错率之间的联系。这项研究发表在eLife2022年7月25日。

“机器复制DNA是惊人的,他们非常快速、非常精确,”西蒙说Pigolotti,副教授OIST负责人生物复杂性单元。“了解这些机器可以告诉我们什么是重要的细胞——什么错误都可以忍受,不是什么错误,复制速度应该。”

模型依赖于测量丰富不同的DNA的位置是在一个人口的细菌细胞不断分裂。在细菌中,DNA复制开始,两个replisomes附着在DNA设置起源点和头部方向相反的循环DNA, DNA复制,直到他们达到在另一边。这意味着DNA接近起源点复制,而DNA复制去年接近终止点。

“如果你让人口自由细菌生长,然后在任何给定的时间点上,大多数细胞将在细胞分裂的过程。因为DNA复制总是从相同的位置,这意味着,如果所有的DNA序列,将会有一个更高的大量的DNA接近起源点和一个低得多的DNA量接近终点,“Pigolotti教授解释道。

在这项研究中,研究人员核酸化学和工程单位在OIST培养大肠杆菌(大肠杆菌在不同的温度下细菌)。的测序部分然后测序的细菌的DNA。

通过分析分布曲线的特点,研究人员能够确定蛋白质的准确速度机械。他们发现,随着温度的增加,复制速度增加。更有趣的是,研究人员发现replisomes多样化他们的速度沿着基因组不同的点。

脉动速度,一个潜在的原因Pigolotti教授推测,就是可能会有限制复制所需的资源,如核苷酸——DNA的基石。

在大肠杆菌,条件好时,一个细菌细胞可分为每25分钟。但DNA复制过程中花费的时间,大约40分钟。因此,为了保持高增长率,多个副本的基因组复制的同时,从而增加replisomes工作的数量。核苷酸的竞争可以使replisomes慢下来。

额外的证据支持这一假设。在低温和贫瘠的文化,当细菌的生长速率低,一次只有一个基因组会被复制,复制这些波动的速度消失。

有趣的是,研究人员还发现,振荡的振荡也复制速度匹配突变率记录在其他的研究中。覆盖两种模式时,他们发现的基因组复制的速度也有较高的突变率。

“这似乎直观——如果我们想到一个动作,就像在键盘上打字,我们越快的类型,更有可能,我们会犯错误,“Pigolotti教授说。“我们认为当replisomes更快,错误率较高。”

Pigolotti教授,下一步就是确定如何复制的速度变化的突变株大肠杆菌那些遗漏,如蛋白质,帮助复制。他也好奇的模式是否适用于其他的菌株。

“这真是一个令人兴奋的研究方向,Pigolotti教授说。”,所有的工作是与其他单位合作完成的。它的跨学科合作只能发生在OIST。”

参考:慕尼黑,Bhat D, Hauf普莱西C, Yokobayashi Y, Pigolotti S细菌replisomes的速度变化。eLife。2022;11:e75884。doi:10.7554 / eLife.75884

本文从以下转载材料。注:材料可能是长度和内容的编辑。为进一步的信息,请联系引用源。