微生物および生化学技術ジャーナル

概要

DNA のらせん超らせん構造と分子内トポロジカル相互リンク

Xitai Huang、Jia Yu、Zhenfeng Zhang、Kou Cao

大腸菌染色体DNAは、これまでアルキメデスの螺旋状のスーパーコイルのサブユニットから構成されることが観察されている。細胞がどのようにしてこのようなDNA構造を構築するのかは不明である。本研究では、原子間力顕微鏡（AFM）画像により、スーパーコイルpBR322 DNAは、これまではスーパーらせん密度がゼロであると考えられていた0.5 μg/mlのエチジウムブロマイド（EB）を挿入すると、らせん構造を形成することが示された。新たな証拠は、新しい位相結合である分子内位相的相互リンク（ITL）がDNAのらせん形成を促進することを示唆した。挿入がない場合、スーパーコイルpBR322 DNAは、スーパーコイル密度が不均一に分布したプレクトン超コイルを示す。DNAがEB（20 μg/ml）によって過剰に挿入された場合にも同様の観察が行われた。結果は、ITLがブレーキとして機能し、らせん状の二重鎖のねじれをブロックし、環状DNAを異なる超らせん密度のドメインに区画することを示した。 DNA をアルカリで変性させた場合、AFM 画像から ITL は一定のままであることが示されました。変性した pBR322 DNA を制限酵素 PstI で切断すると、消化された DNA は分子内連結を維持し、2 つの自由切断端を持つ中心に収束しました。天然の pBR322 DNA を HindIII および部位特異的ニッカーゼ Nb. Bpu10I で消化すると、連結された中間体が観察されます。すべての証拠から、ITL が pBR322 DNA に存在し、DNA のらせん状スーパーコイル化を引き起こすことが示唆されます。異なる ITL 番号を持つ DNA トポイソマーは、電気泳動でラダーバンドに流れ込むことがわかりましたが、これは E. coli ジャイレースによって生成されたスメアを形成する DNA トポイソマーとは異なります。E. coli 細胞抽出物を含む無細胞システムでは、緩和された cccDNA 基質からの ITL DNA トポイソマーの生成にはトポイソメラーゼ IV が必要であることが実証されています。総合的に、私たちのデータは、ITL が DNA のトポロジー構造の新しい要素を表していることを示唆しています。DNA のらせん状の超らせん構造は、細胞内に存在する普遍的な構造である可能性があります。