细胞的弹簧线圈泵RNA爆发

Rice模型量化了转录的基本过程

在你的细胞里，几乎总是春天。或者至少有弹性。

生物科学家们早就知道，染色体倾向于在短时间内表达它们的蛋白质产物，而不是以稳定的方式。莱斯大学的科学家们在《生物物理杂志》上发表了一项新的理论研究，旨在更好地解释化学反应和机械力的结合过程。

水稻化学家Anatoly Kolomeisky和应用物理学研究生、主要作者Alena Klindziuk建立了第一个“爆裂”的简化分析模型，展示了来自RNA聚合酶的压力是如何触发RNA生成的，但仅仅是在它可以推动DNA螺旋的程度上。

当它像弹簧一样压缩时，DNA“超级螺旋”继续表达RNA——RNA继续制造蛋白质本身——直到酶不能再推动。直到另一种酶，一种回转体酶，来释放压力，生产才能重新开始。

“随着实验技术的进步,人们能够衡量你生产多少RNA,所以这是一个天真的期望的速度生产或多或少不变,“Kolomeisky说化学家的标题集团一直以来感兴趣的生物化学反应是如何工作的生物机制,反之亦然。

他说:“令人惊讶的是，我们发现它实际上并不这样工作。”“产生大量RNA，然后有一段时间的沉默。RNA以一种非常活跃的方式产生，但分子细节一直缺乏。”

他说，RNA聚合酶在这个过程中与双螺旋DNA螺旋结合的方式。“它会旋转，对DNA施加机械约束，”Kolomeisky说。“弹簧就是一个很好的例子。你越推动弹簧，它就越难被推动。

“我们认为RNA聚合酶盘绕DNA开始产生RNA，”他说。“在这个过程的开始，你会有一个爆炸，但是当它挤压弹簧的时候，这个过程会变慢。然后是转轴;他们解开这个超级线圈，使正常生产可以重新开始。同时，他还说，旋转酶还可以缓解聚合酶另一侧产生的负压力。

“本质上，我们创造了第一个定量的能量模型来解释这种爆发，”Kolomeisky说。“我们能够解释实验数据(在细菌实验中收集的)，并发现这个超级线圈存在。”

他说，计算结果显示，DNA“弹簧”相对较弱。“这具有生物学意义，因为这意味着我们可以更容易地通过调节转轴来调节这个过程，”他说。

Klindziuk指出，在这个过程中还有许多其他的参与者最终需要被考虑进去。“我们本可以增加许多影响，比如转录和其他表观遗传因素，”她说。“我们想制造一个DNA上有多个聚合酶的模型。在这个模型中，我们只有一个，但实际上，有很多聚合酶。可能会受到聚合酶流量的影响，比如y’re相互碰撞，停止并继续它们的活动。”

“这是一个先进实验的例子，引导我们寻找一个重要的理论解决方案，”Kolomeisky说。“这通常是在相反的方向上发生的，但这次实验能够把这个过程形象化，这让我们思考并开始解释它。”

访问本科生Billie Meadowcroft是这篇论文的作者之一。Kolomeisky是化学和化学与生物分子工程教授，莱斯大学化学系系主任。

韦尔奇基金会、国家科学基金会和莱斯理论生物物理中心支持了这项研究。

新闻旨在传播有益信息，英文原版地址：https://news.rice.edu/2020/01/30/cells-springy-coils-pump-bursts-of-rna/