病毒綁架細(xì)胞生物物理學(xué)機(jī)理揭開
據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)報(bào)道，zui近，美國埃默里大學(xué)研究人員通過實(shí)驗(yàn)，演示了一種病毒體內(nèi)的C1蛋白是怎樣彎曲DNA，使其成為一個(gè)圓環(huán)，然后關(guān)閉自身毒性進(jìn)入蟄伏期的。他們還定量檢測了彎曲過程中的作用力大小，這些數(shù)據(jù)有助于進(jìn)一步研究DNA生理學(xué)和基因開關(guān)動力學(xué)。相關(guān)論文發(fā)表在《物理評論E輯》上。

當(dāng)細(xì)菌或病毒侵入細(xì)胞后，它們就開始翻檢宿主的細(xì)胞核，用一種粘合劑蛋白重新塑造宿主DNA鏈。這種蛋白像小手，能牢牢地抓住某個(gè)特定DNA序列，將其彎曲、打結(jié)、擰螺旋；還有一種非特定粘合蛋白能抓住DNA鏈的任何部分。

他們選用的病毒是能感染大腸桿菌的λ噬菌體，C1蛋白是該病毒體內(nèi)的一種抑制子。病毒會將自身DNA注入細(xì)菌，其DNA會與細(xì)菌染色體合并。C1蛋白很快就會在病毒DNA的特殊序列上將其粘合，形成一個(gè)環(huán)。只要環(huán)是閉合的，病毒就保持蟄伏，一旦環(huán)打開，細(xì)菌就被綁架：病毒關(guān)閉細(xì)菌基因而打開它自己的，變得有毒。

“基本上，這個(gè)環(huán)是作為分子開關(guān)。它在休眠期間非常穩(wěn)定，但對外界環(huán)境又高度敏感。如果細(xì)菌饑餓或中毒，病毒DNA立刻就會接到信號，拋棄老宿主另謀新宿主，此時(shí)環(huán)就被打開。”埃默里大學(xué)生物物理學(xué)教授勞拉·芬齊解釋說，“我們研究的就是，C1介導(dǎo)的環(huán)基機(jī)制是怎樣在休眠期間，既保持穩(wěn)定又保持敏感，一接到信號立刻就開啟毒性的。”

芬齊實(shí)驗(yàn)室證明了C1蛋白能形成環(huán)。他們一直在利用單分子技術(shù)研究基因表達(dá)力學(xué)。“我們分析了環(huán)形成動力學(xué)，發(fā)現(xiàn)其中非特定粘合起了重要作用。我們想用的功能參數(shù)重建這一機(jī)制。”

研究生錢德·方登用微小磁粉給DNA分子作標(biāo)記，然后用磁鑷在顯微鏡液體室中拉動DNA。他用磁鑷逐漸靠近DNA，進(jìn)一步拉它，DNA分子的長度就會擴(kuò)張，由此可以標(biāo)記出抵抗力的大小，zui后得到一個(gè)非線性的曲線圖。然后在DNA前面放一個(gè)C1蛋白，曲線就會變化，需要更大力量才能把它拉伸到與剛才同樣長度，因?yàn)镃1蛋白給DNA施加了讓它彎曲的作用力。

芬齊解釋說，數(shù)據(jù)分析顯示，當(dāng)C1蛋白通過特殊粘合形成了環(huán)以后，非特定粘合就像拉鏈，讓環(huán)開關(guān)起來更容易，并保持環(huán)的穩(wěn)定性，接到信號才打開。這種拉鏈效果也讓粘合位點(diǎn)變?nèi)酰够蜷_關(guān)對環(huán)境更敏感，還能小部分打開讓它呼吸，因此環(huán)絕不會永遠(yuǎn)關(guān)閉。

“單分子技術(shù)打開了一個(gè)生物過程力學(xué)的新時(shí)代。”芬齊說，研究證明非特定粘合并非隨機(jī)，而且在病毒決定潛伏還是暴發(fā)中起了關(guān)鍵作用。掌握C1基因開關(guān)的原理也有助于人們理解其他基因工作的原理。“希望該實(shí)驗(yàn)?zāi)軒椭藗冞M(jìn)一步理解人體DNA是怎樣被折疊打包成染色體、怎樣局部解開開始基因表達(dá)的。”

病毒綁架細(xì)胞生物物理學(xué)機(jī)理揭開