【庄小威新技术】庄小威团队研发新技术观察DNA旋转行为
近日,哈佛大学庄小威研究团队研发了一项新的单分子成像技术,通过DNA折纸转子对基因组加工酶的旋转行为进行追踪。这一研究成果发表在2019年8月1日出版的国际学术期刊《自然》上。
研究人员开发了一种基于折纸转子的成像和追踪技术(ORBIT),其采用荧光标记的DNA折纸转子在单分子水平以毫秒的时间分辨率记录DNA旋转。研究人员使用ORBIT技术追踪了由RecBCD复合物(一种参与DNA修复的解旋酶)解旋时以及RNA聚合酶介导的转录过程中产生的DNA旋转。
研究人员描绘了在RecBCD引起DNA解旋过程中发生的一系列事件,包括起始、加工易位、停顿和返回。此外,也揭示了该过程的起始机制,这包括了可逆的不依赖ATP消耗的DNA展开以及RecB马达的参与。
在RNA聚合酶进行转录时,研究人员直接观察到了相应单碱基对解开时的旋转步骤。研究人员认为ORIBIT技术可应用于蛋白质与DNA之间广泛相互作用的研究。
据介绍,许多基因组加工反应,包括转录,复制和修复,都会产生DNA旋转。一些直接测量DNA旋转的方法,如转珠跟踪、角度光学捕获和磁镊,有助于解开一系列基因组加工酶的作用机制,包括RNA聚合酶、促旋酶、病毒DNA封装马达和DNA重组酶等。
尽管旋转测量有可能改变人们对基因组加工反应的理解,但测量DNA旋转仍然是一个艰巨的任务。现有方法的时间分辨率不足以在生理条件下记录各种酶引起的DNA旋转,并且测量通量往往较低。
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庄小威教授,1991年获得中国科学技术大学物理学学士学位,1996获得加州大学伯克利分校物理学博士学位。现任美国科学院院士、霍华德休斯医学研究院研究员、哈佛大学物理系、化学与化学生物系终身教授。庄小威曾解释,细胞内的各个分子的间隔因为过小而显得"拥挤",这些过于"拥挤"的分子在显微成像过程中的成像光斑相互交叠,从而不能被清晰地分辨彼此的现象,即阿贝光学衍射极限。
她采用分时、逐点地对细胞内"拥挤"的各个分子进行成像,并加以定位分析,最后把各个分子的定位点重构在同一张图像上,进而得到超分辨率的生物图像,即随机光学重建显微技术。
近年来,庄小威发明的超微成像光学—STORM技术使得荧光显微技术的分辨能力达到了纳米尺度,促进了生物影像学、细胞生物学、神经生物学和单细胞定量转录组学等的研究和发展。(据中国科大网站)
