Nucleosome Structure-Function Relationship : Analyses by using atomic force microscopy
核小体结构-功能关系:使用原子力显微镜进行分析
基本信息
- 批准号:10480194
- 负责人:
- 金额:$ 7.04万
- 依托单位:
- 依托单位国家:日本
- 项目类别:Grant-in-Aid for Scientific Research (B).
- 财政年份:1998
- 资助国家:日本
- 起止时间:1998 至 2000
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
We have previously developed the analytical techniques of atomic force microscopy (AFM) for the study of interaction between DNA and DNA-binding proteins. Here we further extended the AFM application to the higher-order structures of DNA/protein complexes.(1) The DNase I-hyper-sensitive sites (HS2-HS4) in the β-globin gene enhancer region (locus control region ; LCR) were found to form a looped-DNA structure as the target of Bach1/MafK heterodimers. Further detailed analyses of the loop formation proposed a novel 'kiss and pull' model for the enhancer/protein interaction : the Bach1/MafK heterodimer preferentially binds to HS2 with highest affinity and to HS3 with lower affinity, resulting in a stay and leave at the HS2 and HS3 sites, respectively, by forming a stable complex of 4 heterodimers (J.Electron Microscopy, 49 : 407-413).(2) The resolutions of AFM have been limited to an inherent property of the technique ; tip effect associated with a large radius of the scanning probe. To o … More vercome this problem, we developed a carbon nanotube probe by attaching a carbon nanotube to a conventional scanning probe under a well-controlled process. Because of the constant and small radius of the tip (2.5-10nm) and the high aspect ratio (1 : 100) of carbon nanotube, the lateral resolutions have been much improved, and enabled us to clearly visualize the subunit organization of multi-subunit proteins (J.Electron Microscopy, 49 : 415-421 ; Proc.Nat'l Acad.Sci.USA, 97 : 14127-14132).(3) DNA supercoiling is known to play an important role in a variety of cellular events, such as transcription, replication and recombination. When a replication initiator protein, RepE54, binds to the specific sequences (iterons) of the negatively supercoiled mini-F plasmid, it induces a dynamic structural transition of the plasmid to a relaxed state without a DNA strand beak, a local melting, nor a DNA wrapping. These data indicate that a local strain imposed by initiator binding can induce a drastic shift of the DNA conformation from a supercoiled to a relaxed state (Biochemistry, 39 : 9139-9145).(4) To address the question of how nuclear histones and DNA interact and form a nucleosome structure, an in vitro reconstituted chromatin system was established in which AFM can be applied to the visualization of a "beads-on-a-string" structure with each nucleosome trapping 150 bp DNA and constant spacing. An addition of histone H1 to the system resulted in a tight compaction of the dinucleosomal structure (FEBS lett., ). A Substitution of H3 for a centromere specific protein CENP-A resulted in the formation of centromere-specific nucleosomes with a well-known beads-on-a-string structure consisted of only about 110bp DNA.Moreover, the volume of centromere-specific nucleosome was significantly smaller (15%) than that of control nucleosome (Proc.Nat'l Acad.Sci.USA, 97 : 7266-7271). Less
我们之前开发了原子力显微镜 (AFM) 分析技术,用于研究 DNA 和 DNA 结合蛋白之间的相互作用。在这里,我们进一步将 AFM 应用扩展到 DNA/蛋白质复合物的高阶结构。(1) β-珠蛋白基因增强子区(位点控制区;LCR)中的 DNase I 超敏感位点 (HS2-HS4) 被发现形成环状 DNA 结构,作为 Bach1/MafK 的靶标对环形成的进一步详细分析提出了一种新的增强子/蛋白质相互作用的“亲吻和拉动”模型:Bach1/MafK 异二聚体优先与具有最高亲和力的 HS2 结合,并与具有较低亲和力的 HS3 结合,从而导致停留和离开。分别在 HS2 和 HS3 位点,通过形成 4 个异二聚体的稳定复合物(J.Electron Microscopy,49: 407-413).(2) AFM 的分辨率受限于该技术的固有特性;与大半径扫描探针相关的尖端效应。为了解决这个问题,我们开发了一种碳纳米管探针。在良好控制的过程下将碳纳米管附着到传统的扫描探针上,因为碳纳米管的尖端半径恒定且小(2.5-10nm),并且碳纳米管具有高纵横比(1:100)。横向分辨率大大提高,使我们能够清楚地可视化多亚基蛋白质的亚基组织(J.Electron Microscopy,49:415-421;Proc.Nat'l Acad.Sci.USA,97:14127-14132 (3)已知DNA超螺旋在多种细胞事件中发挥着重要作用,例如转录、复制和重组。 RepE54 蛋白与负超螺旋 mini-F 质粒的特定序列(迭代子)结合,诱导质粒动态结构转变为松弛状态,没有 DNA 链喙、局部解链或 DNA 包裹数据。表明由引发剂结合施加的局部应变可以诱导 DNA 构象从超螺旋状态急剧转变为松弛状态(生物化学,39: 9139-9145)。(4)为了解决核组蛋白和DNA如何相互作用并形成核小体结构的问题,建立了体外重构染色质系统,其中AFM可以应用于“珠子上的珠子”的可视化每个核小体捕获 150 bp DNA 且间距恒定的“-string”结构向系统中添加组蛋白 H1 导致紧密压缩。双核小体结构(FEBS lett.,A)用 H3 替换着丝粒特异性蛋白 CENP-A,导致形成着丝粒特异性核小体,其具有众所周知的仅由约 110bp DNA 组成的串珠结构。此外,着丝粒特异性核小体的体积明显小于对照核小体的体积(15%) (美国国家科学院院刊,97:7266-7271)。
项目成果
期刊论文数量(46)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
S.Akita: "Carbon nanotube tips for a scanning microscope: their fabrication and properties." J.Phys.D: Appl.Phys.(In Press). (1999)
S.Akita:“扫描显微镜的碳纳米管尖端:它们的制造和特性。”
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- 作者:
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K.Takeyasu: "Carbon Nanotube Tips for a Scanning Probe Microscope : Their fabrication and properties."J.Phys.D:Appl.Phys.. 32. 1044-1048 (1999)
K.Takeyasu:“扫描探针显微镜的碳纳米管尖端:它们的制造和特性。”J.Phys.D:Appl.Phys.. 32. 1044-1048 (1999)
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- 影响因子:0
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H.Nishijima: "Carbon Nanotube Tips for Scanning Probe Microscopy Prepared by a Well Controlled Process." Appl.Phys.Lett.(In Press). (1999)
H.Nishijima:“通过良好控制的过程制备用于扫描探针显微镜的碳纳米管尖端。”
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K.Takeyasu: "Atomic Force Microscopy Sees Nucleosome Positioning and Histone H1-induced Compaction in Reconstituted Chromatin"FEBS Lett. 452. 267-271 (1999)
K.Takeyasu:“原子力显微镜观察重构染色质中的核小体定位和组蛋白 H1 诱导的压缩”FEBS Lett。
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K.Takeyasu: "ATP-dependent structural change of the eukaryotic clamp loader protein, RFC."Proc.Nat'l Acad.Sci.USA. 97. 14127-14132 (2000)
K.Takeyasu:“真核钳装载蛋白的 ATP 依赖性结构变化,RFC。”Proc.Natl Acad.Sci.USA。
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