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磁镊结合DNA发夹的方法在RecA蛋白介导的同源重组机制研究中的潜在应用
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:Q78[生物学—分子生物学]
  • 作者机构:[1]中国科学院物理研究所,北京凝聚态物理国家实验室,软物质物理重点实验室,北京100090, [2]Department of Physics, Emory University, Atlanta GA 30322, USA
  • 相关基金:国家自然科学基金(批准号:11574381,11574382)资助的课题
中文摘要:

同源序列识别与链交换过程是同源重组领域的重要研究方向.RecA蛋白作为重组酶家族的重要成员而一直被广泛研究.利用smFRET以及传统磁镊、光镊等技术,人们对同源重组过程的分子机制有了较深入的了解,然而,这些技术无法同时兼顾大量程与高精度的需求.本文提出一种传统磁镊结合DNA发夹结构的研究方案,并以大肠杆菌中的RecA介导的同源重组过程为例来阐述该方法的优点.使用本实验方案,我们实时观察到以下过程:1)RecA介导的链交换平均速度与已有结果一致,但并非匀速,而是以台阶式的跳变进行;2)直接观察到RecA第二结合位点与被置换链的动态相互作用过程,测量到第二结合位点与被置换链之间的结合力为3.0 pN,与光镊结合磁镊测量出的结果相符;3)能够区分链交换的方向性并观察到按照不同方向进行链交换的反应细节.本文提供了一个可以兼顾精度和测量范围的实验方法,并以RecA蛋白为例设计实验验证了其可靠性.磁镊结合DNA发夹结构的方法具备用于研究RecA或其他同源重组蛋白工作机理的潜质.因此,本文的工作有望成为单分子生物学领域研究同源重组过程的一个重要方法.

英文摘要:

Homologous recombination(HR) is essential for maintaining the genome fidelity and generating genetic diversity.As a prototypical member of the recombinases, RecA from Escherichia coli has been extensively studied by using singlemolecule FRET(smFRET), magnetic tweezers, optical tweezers, etc. However, these methods cannot meet the needs of wide-ranged observations nor high spatial resolution at the same time. For sequence comparison, the average base-tobase distance of the homologous ds DNA will be stretched from 0.34 nm to 0.51 nm. The increment for per base pair is 0.17 nm, which is far beyond the spatial resolution of magnetic tweezers so that it cannot be directly measured. As a high-resolution technique, the smFRET enables us to observe more details of reactions. However, its valid measuring distance is 3–8 nm, which limits the observation range. Here, we propose an approach by combining magnetic tweezers with DNA hairpin, which may solve the problem effectively in the study of HR. In this paper, one end of the DNA molecule with a 270 bp hairpin is immobilized onto the surface of the flow cell, while a magnetic bead is attached to the other end. An external magnetic force is applied to the magnetic bead by placing a permanent magnet above the flow cell. The first 90 bp(from the junction of the hairpin) of the hairpin is homologous to the ss DNA within the ss DNA-RecA filament. Thus, the filament searches for homology along the hairpin, and incorporates into the homologous segment for strand exchange. After that, the displaced strand can be opened by pulling at a force of ~7 pN, and each opened base pair results in a 0.82 nm increase in DNA extension. By using this approach, we show that 1) RecA-mediated strand exchange proceeds in a stepwise manner and the average speed is ~7.6 nt/s, which is in accordance with previous result; 2) the dynamic interaction between the second DNA-binding site(SBS) and the displaced strand can be observed in real-time, and the binding force is calculated

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876