莊小威開發(fā)可以觀察DNA解螺旋的顯微鏡

近日，來自哈佛大學(xué)的杰出華人教授莊小威教授課題組開發(fā)了一種基于折紙轉(zhuǎn)子的成像和跟蹤技術(shù)（origami-rotor-based imaging and tracking，ORBIT），這是一種利用熒光標(biāo)記的DNA折紙轉(zhuǎn)子在單分子水平上以毫秒的時(shí)間分辨率跟蹤DNA旋轉(zhuǎn)的方法，相關(guān)研究成果發(fā)表在《Nature》上。

許多基因組加工過程（包括轉(zhuǎn)錄、復(fù)制和修復(fù)）會發(fā)生DNA的旋轉(zhuǎn)。直接測量DNA旋轉(zhuǎn)的方法，如轉(zhuǎn)子珠追蹤、棱角光學(xué)捕捉器和磁鑷子等，有助于解開一系列基因組處理酶的作用機(jī)制，這些酶包括RNA聚合酶（RNA）、旋轉(zhuǎn)酶（一種病毒DNA封裝馬達(dá)）和DNA重組酶。

盡管旋轉(zhuǎn)測量有可能改變我們對基因組處理反應(yīng)的理解，但測量DNA旋轉(zhuǎn)仍然是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。現(xiàn)有方法的時(shí)間分辨率不足以跟蹤多種酶在生理?xiàng)l件下誘導(dǎo)的旋轉(zhuǎn)，且測量通量通常較低。

為了解決這些問題，研究人員開發(fā)了ORBIT技術(shù)，研究人員使用ORBIT來跟蹤由RecBCD復(fù)合物（一種參與DNA修復(fù)的螺旋酶）釋放產(chǎn)生的DNA旋轉(zhuǎn)，以及由RNAP轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的DNA旋轉(zhuǎn)。研究人員描述了在RecBCD復(fù)合物誘導(dǎo)的DNA解開過程中發(fā)生的一系列事件--包括啟動、過程易位、暫停和回溯--并揭示了一個涉及可逆的不依賴ATP的DNA解開和RecB馬達(dá)參與的啟動機(jī)制。在RNAP轉(zhuǎn)錄過程中，研究人員直接觀察到單個堿基對展開相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)步驟。

研究人員表示ORBIT將使研究蛋白質(zhì)和DNA之間廣泛的相互作用成為可能。