原子力显微镜案例分享 | PICH酶“拧紧”DNA，协助DNA的分离

在细胞分裂之前，包含遗传物质的染色体需要被复制和分离。通过使用高分辨Cypher原子力显微镜解析生物大分子的结构，研究者深入了解了PICH酶在DNA分离过程中所起的作用。他们发现，PICH能够促进DNA的超螺旋化，有助于后续步骤中另一种酶对DNA的解开。

DNA分子的螺旋长链结构意味着姊妹染色单体——也就是一对即将分开的染色单体——是复杂地纠缠、交织在一起的。纠缠的姊妹染色单体之间存在许许多多极其细微的“桥梁”，它们在细胞分裂前需要被溶解。虽然人们已经知道PICH酶（Plk1-Interacting Checkpoint Helicase）会覆盖在这些细微的桥梁上，但这种酶在染色体解开过程中的具体作用尚未被揭示。

在对这一课题的研究过程中，丹麦和法国高校的一个团队发现了PICH酶能够引发DNA的正超螺旋化（Positive DNA Supercoiling）。而正超螺旋化协助了后续反应中另一种酶（Type II Topoisomerases）所参与的DNA分离过程。

分子级分辨率的AFM图像显示，当存在TRR复合体时，PICH促进了高程度的DNA正超螺旋化。之前，这个现象被认为是另一类反螺旋酶所独有的。研究者还提出了模型来解释超螺旋的机理，模型和实际观察到的DNA构象是相符合的。

通过这些结果，研究者进一步理解了由DNA动力蛋白所导致的超螺旋化如何驱动细胞的生命进程。这将有助于从分子层面探索癌细胞以及病态胚胎的形成机制。

Instrument used

Cypher

Techniques used

在Cypher原子力显微镜上，作者采用轻敲模式，在大气环境下获得了超螺旋标记物和反应后产物的形貌图像。512x512像素的图像以2Hz的线扫描速率采集，每幅图成像时间不到5分钟。Cypher出色的空间分辨率可以显示分子结构的细节。

参考文献: A. Bizard, J.-F. Allemand, T. Hassenkam et al., PICH and TOP3A cooperate to induce positive DNA supercoiling. Nat. Struct. Mol. Biol.26, 267 (2019). https://doi.org/10.1038/s41594-019-0201-6

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