基因的表達調控
日期：2012-09-07 08:03:01
魔法師的學徒開啟了一個輸水系統，但是卻不能夠停止它，很快水浸沒到了他的脖子，他陷入到困境中。不同于這個無能的學徒，活細胞具有更好的設計：當它們激活一種基因時，它們就會將一種系統留作備用來關閉基因。細胞不想浪費能源來生成它們不再需要的蛋白。康奈爾大學的研究人員在新研究中確定了細胞利用的兩種機制，并發現它們的存在的意義就是為了能快速行動。
康奈爾大學化學和化學生物學副教授陳鵬（Peng Chen）及同事們將這一研究發現在線報告在了9月4日的《美國科學院院刊》（PNAS）上。陳鵬博士說：“一般的情況時激活子脫落，然后抑制子結合。我們發現了兩條更為有效的途徑。”
研究工作在細菌中完成，有可能促成新的途徑殺死有害細菌。它也代表朝了解能夠進一步沿著進化的階梯應用的基因轉錄調控邁出了一步。
發生在單分子水平有關的生化過程太小以致無法通過顯微鏡觀察。為了監控這些過程，研究人員用熒光分子標記了蛋白質和DNA結合位點，當它們結合時會改變熒光強度，因此在生物化學反應發生時閃光會出現或改變。當標記分子聚集到一起通過電荷重排觸發了這一熒光改變，開始時它們是接近的（大約幾個納米）且隨著接近變得原來越亮。通過標記蛋白分子的一端，研究人員可通過信號的亮度來說出蛋白質在哪個方向結合了DNA。
研究人員利用了銅對其有毒的細菌。這些細菌具有的基因編碼了一種可抓取銅原子，將它們擠出細胞壁的蛋白。通常一種稱作CueR的蛋白會結合到這些基因位點前的染色體上，使得DNA變形，防止基因被轉錄。當銅原子結合到CueR上時，它改變了它的構象，使得酶能夠轉錄基因生成保護性蛋白。
當銅威脅去除時，在細胞液中循環的另一種形式CueR替代了銅修飾形式關閉了基因。通過觀察和定時這一反應，康奈爾大學的研究人員確定了支路蛋白或是將結合蛋白推出了道路或是幫助了它分離，然后移動到空著的空間。研究人員證實相比于等待激活子自己離開要快70倍。有可能細菌利用了相似的方法來關閉對抗其他有害金屬的保護，他們說。
研究還表明CueR蛋白可以以兩種不同的方向結合到DNA上，并自發地在它們之間翻轉不需要完全分離。在一個方向上它至結合在它應該控制的特異基因上。在另一個方向它非特異性地附著到DNA上。研究人員認為這有可能使得蛋白更容易到達快速需要它的位點，通過附著到DNA鏈上，沿著它滑動找到特異的位點，然后轉動到工作模式。
這一研究主要是由美國國家衛生研究院以及國家科學基金支持。
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