新的成像技术显示DNA在染色体末端是如何受到保护的

一种新的成像技术使得北卡罗来纳州立大学，北卡罗来纳大学教堂山分校和匹兹堡大学的研究人员能够了解DNA如何在蛋白质周围循环，这有助于在端粒中形成特殊结构。这项工作为端粒的结构及其维护方式提供了新的见解。

端粒基本上是线性染色体末端的上限，它是我们细胞内含有遗传信息DNA的结构。在功能方面，端粒就像鞋带末端的塑料涂层(aglet)，可以防止鞋带松散。在健康细胞中，端粒通过隐藏DNA链的任何悬垂末端来形成类似套索的结构(称为T环)来保护染色体。如果没有端粒，细胞的DNA修复蛋白会将突出的末端读作断裂进行修复并试图将染色体结合在一起或发送特殊蛋白质来消化它们。

研究人员知道，一种称为端粒重复结合因子2(TRF2)的蛋白质是端粒结构完整性的关键，因为它在形成T环中起着重要作用。但研究人员并不了解TRF2对DNA压实和T型环形成背后的机制。

“TRF2可以压缩DNA，这对于T环的形成非常重要，”NC State物理学家Hong Wang说，他是一篇描述这项研究的论文的第一作者。“但在此工作之前，研究人员并不知道DNA的去向或TRF2如何压缩它 - 我们只能看到DNA链进入和离开TRF2复合物，但无法看到复合物中的DNA。这是因为我们使用传统的原子力显微镜(AFM)技术，其中蛋白质-DNA显示为单个斑点，并且DNA路径信息缺失。“

新的成像技术，双共振频率增强静电力显微镜(DREEM)取得了突破，该技术由北卡罗来纳大学教堂山化学家和合着者Dorothy Erie开发，前UNC和北卡罗来纳州立大学博士后研究人员Wu和Parminder Kaur，并于今年早些时候在Molecular Cell上发表。该技术利用DNA沿其骨架带负电荷的事实。通过在AFM探针和样品表面之间应用DC和AC偏差，DREEM可以检测到蛋白质与DNA区域扫描时非常弱的静电相互作用差异。通过这种方式，DREEM可以直接观察组蛋白外的DNA包裹。

“DREEM让我们看到DNA穿过TRF2复合体的路径，”王说。“基于我们得到的DREEM图像，我们现在认为端粒内可能存在两个DNA压缩顺序 - 首先，DNA包裹在复合物内部的TRF2蛋白质周围。然后，多个TRF2分子聚集在一起产生DNA从TRF2蛋白中伸出的环。

“我们认为这个突出的环提供了端粒突出的进入位点以便形成T环结构。这个过程最终有助于维持保护结构，防止染色体融合或端粒DNA的缓慢侵蚀。我们的未来工作将试图确定是否确实如此。“

研究人员的工作出现在Nature Scientific Reports中。这项工作得到了美国国立卫生研究院的资助和北卡罗来纳州CHHE的试点资助。北卡罗来纳州立大学物理学家罗伯特里恩，博士后林国林，研究生普雷斯顿乡下人和匹兹堡大学的奥普雷斯科实验室也为这项工作做出了贡献。