Журнал микробных и биохимических технологий

Абстрактный

Суперспирализация спирали ДНК и внутримолекулярная топологическая взаимосвязь

Ситай Хуан, Цзя Юй, Чжэньфэн Чжан и Коу Цао

Ранее было обнаружено, что ДНК хромосомы Escherichia coli состоит из субъединиц архимедовой спиралевидной суперспирали. Как клетки строят такую ​​структуру ДНК, остается неизвестным. В настоящем исследовании изображения атомно-силовой микроскопии (АСМ) показали, что суперспиральная ДНК pBR322 образует спиральную структуру при интеркаляции с 0,5 мкг/мл бромистым этидием (ЭБ), что раньше считалось нулевой плотностью суперспирали. Новые данные свидетельствуют о том, что новая топологическая связь, внутримолекулярная топологическая взаимосвязь (ИТС), способствует образованию спирали ДНК. Без интеркаляции суперспиральная ДНК pBR322 демонстрирует плектонемическую суперспираль с неравномерным распределением плотности суперспирали. Аналогичное наблюдение было сделано также, когда ДНК была сверхинтеркалирована ЭБ (20 мкг/мл). Результаты показали, что ИТС действует как тормоз, блокируя скручивание спиральных двойных цепей и разделяя кольцевую ДНК на различные домены суперспиральной плотности. При денатурации ДНК в щелочи изображения АСМ показали, что ITL остается постоянным. Поскольку денатурированную ДНК pBR322 разрезали эндонуклеазой рестрикции PstI, переваренная ДНК сохраняла внутримолекулярные связи, сходясь в центр с двумя свободными концами разреза. Связанные промежуточные продукты можно наблюдать, когда природную ДНК pBR322 расщепляли HindIII и сайт-специфической никазой Nb. Bpu10I. Все данные свидетельствуют о том, что ITL присутствует в ДНК pBR322 и вызывает суперспирализацию спирали ДНК. Было обнаружено, что топоизомеры ДНК с различным числом ITL попадают в лестницу полос при электрофорезе, которая отличается от топоизомеров ДНК, продуцируемых гиразой E. coli, образуя мазок. В бесклеточной системе, содержащей экстракт клеток E. coli, мы демонстрируем, что топоизомераза IV необходима для производства топоизомеров ДНК ITL из расслабленного субстрата кзкДНК. В совокупности наши данные предполагают, что ITL представляет собой новый элемент топологической структуры ДНК. Спиральная суперспирализация ДНК может быть универсальной структурой, присутствующей в клетке.