微生物与生化技术杂志

抽象的

DNA 螺旋超螺旋和分子内拓扑互连

黄西泰、于佳、张振峰、曹寇

大肠杆菌染色体 DNA 以前被观察到由阿基米德螺旋状超螺旋亚基组成。细胞如何构建这样的 DNA 结构仍是未知数。在本研究中，原子力显微镜 (AFM) 图像显示超螺旋 pBR322 DNA 在插入 0.5 μg/ml 溴化乙锭 (EB) 后形成螺旋结构，而溴化乙锭过去被认为是零超螺旋密度。新证据表明，一种新的拓扑键——分子内拓扑互连 (ITL) 促进了 DNA 螺旋的形成。如果没有插入，超螺旋 pBR322 DNA 会呈现全超螺旋，并且超螺旋密度分布不​​均匀。当 DNA 被 EB (20 μg/ml) 过度插入时也观察到了类似的现象。结果表明 ITL 起到了“刹车”的作用，阻止了螺旋双链的扭曲，并将环状 DNA 分隔成不同的超螺旋密度域。当 DNA 在碱性条件下变性时，AFM 图像显示 ITL 保持不变。当用限制性内切酶 PstI 切割变性的 pBR322 DNA 时，消化的 DNA 保持分子内互连，以汇聚成具有两个自由切割端的中心。当用 HindIII 和位点特异性切口酶 Nb. Bpu10I 消化天然 pBR322 DNA 时，可以观察到互连的中间体。所有证据表明 ITL 存在于 pBR322 DNA 中并导致 DNA 螺旋超螺旋。发现具有不同 ITL 数量的 DNA 拓扑异构体在电泳中形成阶梯状条带，这与大肠杆菌促旋酶产生的 DNA 拓扑异构体形成条带不同。在含有大肠杆菌细胞提取物的无细胞系统中，我们证明拓扑异构酶 IV 是从松弛的 cccDNA 底物产生 ITL DNA 拓扑异构体所必需的。总的来说，我们的数据表明 ITL 代表了 DNA 拓扑结构的一个新元素。DNA 螺旋超螺旋可能是细胞中存在的一种普遍结构。