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Nature:鉴定出新的细菌DNA复制起始点元件DnaA-trio

来源:生物谷 2016-06-09 17:41


枯草芽孢杆菌复制起始点,图片来自纽卡斯尔大学。

2016年6月9日/生物谷BIOON/--DNA复制受到紧密控制以便确保遗传信息准确遗传。在所有有机体中,含有AAA+结构域的起始蛋白(initiator protein)结合到复制起始点(replication origin, oriC)上,从而允许开始新一轮DNA合成。

在一项新的研究中,来自英国纽卡斯尔大学的研究人员发现细菌基因组中的一种新的必需的复制起始点元件是DNA复制所必需的。这也是过去30年以来发现的第二种必需的复制起始点元件。它是由一种重复性三核苷酸基序(repeating trinucleotide motif)组成的,因而被称之为DnaA-trio。相关研究结果于2016年6月8日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“The bacterial DnaA-trio replication origin element specifies single-stranded DNA initiator binding”。

在这项研究中,研究人员描述了他们如何鉴定出DnaA-trio,并且确定出它促进DNA复制的机制。

DnaA-trio被描述为细菌复制起始点的一个核心元件,代表着科学理解取得的重大进展。

复制起始点

在所有细胞中,基因组DNA复制需要被称作起始蛋白的关键蛋白在被称作复制起始点的特定位点上解开DNA双螺旋。

DNA解旋让细胞内的复制体(replisome)接触到作为模板的单链DNA,从而开展新一轮DNA合成。

尽管起始蛋白在所有有机体中是高度保守的而且也得到很好的描述,但是人们仍然需要更多地了解复制起始点。

事实上,对于动物和人类等高等生物而言,科学家们到目前为止仍不知道它们的复制起始点是如何组成的。

DnaA-trio

在细菌中,作为一种主要的起始蛋白,DnaA是高度保守的,而且具有两种至关重要的DNA结合活性。DnaAd单体通过结合到双链DNA序列(DnaA-box)上来识别复制起始点;随后,DnaA细丝(DnaA filament)进行组装,并且通过结合和延长单链DNA链促进双链DNA解旋。尽管科学家们已对DnaA对双链DnaA-box结合的序列特异性认识了30年,但是DnaA对单链DNA结合的序列特异性仍是未知的。

在这项研究中,研究人员证实DnaA-trio的功能是让结合到单链DNA上的DnaA细丝稳定化,从而使得这种结合更加精确。

研究人员利用生物信息学分析了整个细菌界复制起始点中的DnaA-trio,结果表明这种复制起始点元件是核心oriC结构的一部分。这些发现拓宽了人们对细菌DNA复制起始的基础理解,同时鉴于含有AAA+结构域的起始蛋白的保守性结构,这些发现也有可能让人们发现和理解高等生物复制起始点中的特异性识别基序。

论文通信作者、纽卡斯尔大学细菌细胞生物学中心研究员Heath Murray博士说,“这一发现有助人们认识在所有有机体中都存在的一种基础生物学过程:为了将必需的遗传物质传递给下一代而进行的基因复制。”(生物谷 Bioon.com)

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The bacterial DnaA-trio replication origin element specifies single-stranded DNA initiator binding

doi:10.1038/nature17962

Tomas T. Richardson, Omar Harran & Heath Murray

DNA replication is tightly controlled to ensure accurate inheritance of genetic information. In all organisms, initiator proteins possessing AAA+ (ATPases associated with various cellular activities) domains bind replication origins to license new rounds of DNA synthesis1. In bacteria the master initiator protein, DnaA, is highly conserved and has two crucial DNA binding activities2. DnaA monomers recognize the replication origin (oriC) by binding double-stranded DNA sequences (DnaA-boxes); subsequently, DnaA filaments assemble and promote duplex unwinding by engaging and stretching a single DNA strand3, 4, 5. While the specificity for duplex DnaA-boxes by DnaA has been appreciated for over 30 years, the sequence specificity for single-strand DNA binding has remained unknown. Here we identify a new indispensable bacterial replication origin element composed of a repeating trinucleotide motif that we term the DnaA-trio. We show that the function of the DnaA-trio is to stabilize DnaA filaments on a single DNA strand, thus providing essential precision to this binding mechanism. Bioinformatic analysis detects DnaA-trios in replication origins throughout the bacterial kingdom, indicating that this element is part of the core oriC structure. The discovery and characterization of the novel DnaA-trio extends our fundamental understanding of bacterial DNA replication initiation, and because of the conserved structure of AAA+ initiator proteins these findings raise the possibility of specific recognition motifs within replication origins of higher organisms.

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