Нуклеоид

Область внутри прокариотической клетки, содержащая генетический материал

Нуклеоид (что означает « подобный ядру » ) — это область неправильной формы внутри прокариотической клетки , которая содержит весь или большую часть генетического материала . ^{[1] [2] [3]} Хромосома типичного прокариота имеет круглую форму , и ее длина очень велика по сравнению с размерами клетки, поэтому ее необходимо уплотнить, чтобы она поместилась. В отличие от ядра эукариотической клетки , она не окружена ядерной мембраной . Вместо этого нуклеоид формируется путем конденсации и функционального расположения с помощью хромосомных архитектурных белков и молекул РНК , а также суперспирализации ДНК . Длина генома широко варьируется (обычно не менее нескольких миллионов пар оснований), и клетка может содержать несколько его копий.

Пока не известна структура бактериального нуклеоида с высоким разрешением, однако ключевые особенности были исследованы на Escherichia coli как модельном организме . У E. coli хромосомная ДНК в среднем отрицательно суперспирализована и свернута в плектонемические петли , которые ограничены различными физическими областями и редко диффундируют друг в друга. Эти петли пространственно организованы в области размером с мегабазу, называемые макродоменами, внутри которых сайты ДНК часто взаимодействуют, но между которыми взаимодействия редки. Конденсированная и пространственно организованная ДНК образует спиральный эллипсоид, который радиально ограничен в клетке. Трехмерная структура ДНК в нуклеоиде, по-видимому, меняется в зависимости от условий и связана с экспрессией генов , так что архитектура нуклеоида и транскрипция генов тесно взаимозависимы, влияя друг на друга реципрокно.

Формирование нуклеоида Escherichia coli A. Иллюстрация открытой конформации кольцевого генома Escherichia coli . Стрелки представляют двунаправленную репликацию ДНК. Отмечены генетическое положение начала двунаправленной репликации ДНК ( oriC ) и место декатенации хромосом ( dif ) в области терминации репликации ( ter ). Цвета представляют определенные сегменты ДНК, как обсуждалось в C. B. Иллюстрация случайной формы спирали, принятой чистой кольцевой ДНК Escherichia coli при тепловом равновесии без суперспиралей и дополнительных стабилизирующих факторов. ^{[4] [5]} C. Рисунок хромосомы недавно рожденной клетки Escherichia coli . Геномная ДНК не только уплотнена в 1000 раз по сравнению с ее чистой формой случайной спирали, но и пространственно организована. oriC и dif локализованы в середине клетки, а определенные области ДНК, обозначенные цветами в A, организованы в пространственно различные домены.

Фон

У многих бактерий хромосома представляет собой одну ковалентно замкнутую (кольцевую) двухцепочечную молекулу ДНК, которая кодирует генетическую информацию в гаплоидной форме. Размер ДНК варьируется от 500 000 до нескольких миллионов пар оснований (п. н.), кодирующих от 500 до нескольких тысяч генов в зависимости от организма. ^[2] Хромосомная ДНК присутствует в клетках в очень компактной, организованной форме, называемой нуклеоидом (что означает ядроподобный ), которая не заключена в ядерную мембрану , как в эукариотических клетках. ^[6] Изолированный нуклеоид содержит 80% ДНК, 10% белка и 10% РНК по весу. ^{[7] [8]}

Грамотрицательная бактерия Escherichia coli является модельной системой для исследования нуклеоида, изучающего, как хромосомная ДНК становится нуклеоидом, какие факторы в этом участвуют, что известно о ее структуре и как некоторые структурные аспекты ДНК влияют на экспрессию генов . ^{[2] [3]}

Существует два основных аспекта образования нуклеоида: конденсация большой ДНК в небольшое клеточное пространство и функциональная организация ДНК в трехмерной форме. Гаплоидная кольцевая хромосома в E. coli состоит из ~ 4,6 x 10 ⁶ п.н. Если ДНК расслаблена в форме B , она будет иметь окружность ~ 1,5 миллиметра (0,332 нм x 4,6 x 10 ⁶ ). Однако большая молекула ДНК, такая как хромосомная ДНК E. coli, не остается прямой жесткой молекулой в суспензии. ^[5] Броуновское движение будет генерировать кривизну и изгибы в ДНК. Максимальная длина, до которой двухспиральная ДНК остается прямой, сопротивляясь изгибу, вызванному броуновским движением, составляет ~ 50 нм или 150 п.н., что называется длиной персистенции . Таким образом, чистая ДНК становится существенно уплотненной без каких-либо дополнительных факторов; при тепловом равновесии она принимает форму случайной спирали . ^{[4] [5]} Случайная спираль хромосомной ДНК E. coli будет занимать объем (4/3 π r ³ ) ~ 523 мкм ³ , рассчитанный из радиуса инерции ( R _g = (√N a)/√6), где a — длина Куна (2 x длина персистенции), а N — количество сегментов длины Куна в ДНК (общая длина ДНК, деленная на a ). ^[5] Хотя ДНК уже конденсирована в форме случайной спирали, она все еще не может принять объем нуклеоида, который меньше микрона. Таким образом, неотъемлемого свойства ДНК недостаточно: дополнительные факторы должны помочь уплотнить ДНК еще больше порядка ~10 ³ (объем случайной спирали, деленный на объем нуклеоида). Вторым существенным аспектом образования нуклеоида является функциональное расположение ДНК. Хромосомная ДНК не только конденсирована, но и функционально организована таким образом, что совместима с процессами ДНК-транзакций, такими как репликация , рекомбинация , сегрегация и транскрипция . ^{[9] [10] [11]} Почти пять десятилетий исследований, начавшихся в 1971 году, ^[7]показал, что окончательная форма нуклеоида возникает из иерархической организации ДНК. В наименьшем масштабе (1 кб или меньше) связанные с нуклеоидом архитектурные белки ДНК конденсируют и организуют ДНК путем изгибания, образования петель, мостиков или обертывания ДНК. В большем масштабе (10 кб или больше) ДНК образует плектонемические петли, сплетенную форму ДНК, вызванную суперспирализацией. В мегабазовом масштабе плектонемические петли объединяются в шесть пространственно организованных доменов (макродомены), которые определяются более частыми физическими взаимодействиями между участками ДНК в пределах одного макродомена, чем между различными макродоменами. ^[12] Длинно- и коротковолновые связи ДНК-ДНК, образованные внутри и между макродоменами, способствуют конденсации и функциональной организации. Наконец, нуклеоид представляет собой спиральный эллипсоид с областями высококонденсированной ДНК на продольной оси. ^{[13] [14] [15]}

Конденсация и организация

Нуклеоид в масштабе ≥1 кб. Организация ДНК нуклеоид-ассоциированными белками. ДНК изображена как серая прямая или изогнутая линия, а нуклеоид-ассоциированные белки изображены как синие сферы.

Нуклеоид-ассоциированные белки (NAP)

У эукариот геномная ДНК конденсирована в форме повторяющегося массива ДНК-белковых частиц, называемых нуклеосомами . ^{[16] [17] [18]}

Нуклеосома состоит из ~146 п.н. ДНК, обернутой вокруг октамерного комплекса гистоновых белков. Хотя у бактерий нет гистонов, у них есть группа связывающих ДНК белков, называемых нуклеоид-ассоциированными белками (NAP), которые функционально аналогичны гистонам в широком смысле. NAP очень распространены и составляют значительную часть белкового компонента нуклеоида. ^[19]

Отличительной характеристикой NAP является их способность связывать ДНК как специфическим (специфичным для последовательности или структуры), так и неспецифичным для последовательности образом. В результате NAP являются белками с двойной функцией. ^[20] Специфическое связывание NAP в основном задействовано в геноспецифической транскрипции , репликации ДНК , рекомбинации и репарации . ^{[9] [10] [11]} На пике их распространенности количество молекул многих NAP на несколько порядков превышает количество специфических участков связывания в геноме. ^[20] Поэтому считается, что NAP связываются с хромосомной ДНК в основном неспецифическим для последовательности способом, и именно этот способ имеет решающее значение для уплотнения хромосом. Неспецифическое для последовательности связывание NAP может быть не полностью случайным; может быть низкая специфичность последовательности и/или структурная специфичность из-за конформации ДНК, зависящей от последовательности, или конформации ДНК, созданной другими NAP. ^[18]

Хотя молекулярные механизмы того, как NAP конденсируют ДНК in vivo, не очень хорошо изучены, на основе обширных исследований in vitro, по-видимому, NAP участвуют в уплотнении хромосом посредством следующих механизмов: NAP вызывают и стабилизируют изгибы в ДНК, тем самым способствуя конденсации ДНК за счет уменьшения длины персистенции. ^[20] NAP конденсируют ДНК путем образования мостиков, обертывания и группировки, которые могут происходить между близлежащими сегментами ДНК или отдаленными сегментами ДНК хромосомы. Другой механизм, посредством которого NAP участвуют в уплотнении хромосом, заключается в ограничении отрицательных супервитков в ДНК, тем самым способствуя топологической организации хромосомы. ^[20]

В E. coli идентифицировано по меньшей мере 12 NAP , ^[20] наиболее изученными из которых являются HU, IHF, H-NS и Fis. Их распространенность и свойства связывания ДНК, а также влияние на конденсацию и организацию ДНК суммированы в таблицах ниже. ^[20]

¹ Данные по содержанию (молекулы/клетка) были взяты из; ^[21] Число в скобках представляет собой микромолярную концентрацию, рассчитанную по следующей формуле: (количество собственных функциональных единиц/число Авогадро) x (1/объем клетки в литрах) x 10 ³ . Объем клетки в литрах (2 x 10 ⁻¹⁵ ) был определен, предполагая, что объем клетки E. coli составляет 2 мкм ³ . ^[21]

¹ Сродство связывания относится к константе равновесной диссоциации (Kd) в молярных единицах (М). ND = не определено

ХУ

Гистоноподобный белок из штамма E. coli U93 (HU) является эволюционно консервативным белком в бактериях. ^{[33] [34]} HU существует в E. coli в виде гомо- и гетеродимеров двух субъединиц HUα и HUβ, имеющих 69% аминокислотной идентичности. ^[35] Хотя его называют гистоноподобным белком, близкими функциональными родственниками HU у эукариот являются белки группы высокой подвижности (HMG), а не гистоны. ^{[36] [37]} HU является неспецифическим для последовательности ДНК-связывающим белком. Он связывается с низкой аффинностью с любой линейной ДНК. Однако он предпочтительно связывается с высокой аффинностью со структурно искаженной ДНК. ^{[38] [39] [40] [41] [42] [24]} Примеры искаженных субстратов ДНК включают крестообразную ДНК , выпуклую ДНК, dsDNA, содержащую одноцепочечный разрыв, такой как зазубрины , пробелы или вилки . Кроме того, HU специфически связывает и стабилизирует пептид-опосредованную петлю ДНК. ^[43] В структурно-специфическом режиме связывания ДНК HU распознает общий структурный мотив, определяемый изгибами или перегибами, созданными искажением, ^{[22] [44] [23],} тогда как он связывается с линейной ДНК, блокируя фосфатный остов. ^[45] В то время как структурно-специфическое связывание с высоким сродством требуется для специализированных функций HU, таких как сайт-специфическая рекомбинация , репарация ДНК , инициация репликации ДНК и регуляция генов, ^{[9] [10] [11]} по-видимому, общее связывание с низким сродством участвует в конденсации ДНК. ^[45] При иммунопреципитации хроматина в сочетании с секвенированием ДНК ( ChIP-Seq ) HU не выявляет никаких специфических событий связывания. ^[46] Вместо этого он демонстрирует равномерное связывание по всему геному, предположительно отражающее его в основном слабое, неспецифическое для последовательности связывание, таким образом маскируя высокоаффинное связывание in vivo . ^[46]

В штаммах, не содержащих HU, нуклеоид «деконденсирован», что согласуется с ролью HU в уплотнении ДНК. ^[47] Следующие исследования in vitro предполагают возможные механизмы того, как HU может уплотнять и организовывать ДНК in vivo . HU не только стабильно связывается с искаженной ДНК с изгибами, но и вызывает гибкие изгибы даже в линейной ДНК при концентрации менее 100 нМ. Напротив, HU демонстрирует противоположный архитектурный эффект на ДНК при более высоких физиологически значимых концентрациях. ^{[45] [9] [10] [11] [47] [48]} Он образует жесткие нуклеопротеиновые нити, вызывающие выпрямление ДНК, а не изгиб. Нити могут далее образовывать сеть ДНК (группировку ДНК), расширяемую как латерально, так и медиально из-за мультимеризации HU-HU, вызванной неспецифическим для последовательности связыванием ДНК. ^[45]

Как эти поведения HU значимы внутри клетки? Формирование нитей требует связывания высокой плотности HU на ДНК, один димер HU на 9-20 п.н. ДНК. Но существует только один димер HU на каждые ~150 п.н. хромосомной ДНК, исходя из предполагаемой распространенности 30 000 димеров HU на клетку (4600000 п.н. /30 000). ^[21] Это указывает на то, что гибкие изгибы с большей вероятностью возникают in vivo . Гибкий изгиб может вызвать конденсацию из-за уменьшения персистентной длины ДНК, как показали эксперименты с магнитным пинцетом , которые позволяют изучать конденсацию одной молекулы ДНК ДНК-связывающим белком. ^{[48] [49]} Однако из-за кооперативности жесткие нити и сети могут образовываться в некоторых областях хромосомы. Образование нитей само по себе не вызывает конденсацию ^[48] , но образование сетей или пучков ДНК может существенно способствовать конденсации, объединяя отдаленные или близкие сегменты хромосом ^{[45] .}

Геномная занятость нуклеоид-ассоциированных белков E. coli . Круговая схема генома E. coli, изображающая геномную занятость NAP Fis, H-NS, HU и IHF в фазах роста и стационарной фазе в E. coli . Гистограммы геномной занятости NAP, определенные с помощью иммунопреципитации хроматина в сочетании с секвенированием ДНК (ChIP-seq), показаны за пределами кругового генома. Размер ячейки гистограмм составляет 300 п.н. Рисунок подготовлен в circos/0.69-6 с использованием данных ChIP-Seq из. ^{[46] [50]}

ИХФ

Фактор хозяина интеграции (IHF) структурно почти идентичен HU ^[51] , но ведет себя иначе, чем HU во многих аспектах. В отличие от HU, который предпочтительно связывается со структурным мотивом независимо от последовательности, IHF предпочтительно связывается с определенной последовательностью ДНК, хотя специфичность возникает из-за зависящей от последовательности структуры ДНК и деформируемости. Специфическое связывание IHF в родственных участках резко изгибает ДНК более чем на 160 градусов. ^{[51] В геноме} E. coli мотив родственной последовательности встречается примерно 3000 раз . ^[46] Оценочное содержание IHF в фазе роста составляет около 6000 димеров на клетку. Если предположить, что один димер IHF связывается с одним мотивом, а нуклеоид содержит более одного эквивалента генома во время экспоненциальной фазы роста, большинство молекул IHF будут занимать определенные участки в геноме и, вероятно, только конденсировать ДНК, вызывая резкий изгиб. ^[46]

Помимо преимущественного связывания с определенной последовательностью ДНК, IHF также связывается с ДНК неспецифическим для последовательности образом со сродством, аналогичным HU. Роль неспецифического связывания IHF в конденсации ДНК, по-видимому, имеет решающее значение в стационарной фазе, поскольку обилие IHF увеличивается в пять раз в стационарной фазе, и дополнительные димеры IHF, вероятно, будут связывать хромосомную ДНК неспецифически. ^{[21] [52] [53]} В отличие от HU, IHF не образует толстых жестких нитей при более высоких концентрациях. Вместо этого его неспецифическое связывание также вызывает изгиб ДНК, хотя степень изгиба намного меньше, чем в определенных участках, и аналогична гибкому изгибу, вызванному HU в линейной ДНК при низких концентрациях. ^[54] In vitro изгиб, вызванный неспецифическим связыванием IHF, может вызывать конденсацию ДНК и способствовать образованию комплексов нуклеопротеинов более высокого порядка в зависимости от концентраций хлорида калия и хлорида магния. ^[54] Организация ДНК более высокого порядка с помощью IHF in vivo пока неясна. ^[54]

H-NS

Отличительной чертой гистон-подобного или термостабильного нуклеоид-структурирующего белка (H-NS) ^{[55] [56] [57] [58]} от других NAP является способность переключаться из гомодимерной формы при относительно низких концентрациях (<1 x 10−5 ^M ) в олигомерное состояние на более высоких уровнях. ^{[59] [60]} Благодаря свойствам олигомеризации H-NS распространяется латерально вдоль ДНК, богатой AT, в реакции зародышеобразования , где высокоаффинные сайты функционируют как центры зародышеобразования. ^{[61] [62] [28]} Распространение H-NS по ДНК приводит к двум противоположным результатам в зависимости от концентрации магния в реакции. При низкой концентрации магния (<2 мМ) H-NS образует жесткие нуклеопротеиновые нити, тогда как при более высоких концентрациях магния (>5 мМ) он образует меж- и внутримолекулярные мостики. ^{[63] [64] [65] [66] [67]} Образование жестких нитей приводит к выпрямлению ДНК без конденсации, тогда как образование мостиков вызывает существенное сворачивание ДНК. ^[66] Анализ связывания H-NS в геноме с помощью анализов ChIP-Seq предоставил косвенные доказательства распространения H-NS на ДНК in vivo . H-NS селективно связывается с 458 областями генома. ^[50] Хотя было показано, что H-NS предпочитает изогнутую ДНК, образованную повторяющимися A-треками в последовательностях ДНК ^{[61] [68],} основой селективного связывания является наличие консервативного мотива последовательности, обнаруженного в богатых AT областях. ^[27] Что еще более важно, частое появление мотива последовательности в области связывания H-NS, которое может усиливать кооперативные белок-белковые взаимодействия, и необычно большая длина области связывания согласуются с распространением белка. Преобладание образования нитей или ДНК-мостикообразования in vivo зависит от физиологической концентрации магния внутри клетки. ^{[66] [69]} Если концентрация магния равномерно низкая (< 5 мМ), H-NS будет образовывать жесткие нуклеопротеиновые нити in vivo . ^[66] С другой стороны, если в клетке наблюдается неравномерное распределение магния, он может способствовать как образованию ДНК-мостикообразования, так и повышению жесткости, но в разных областях нуклеоида. ^[66]

Кроме того, H-NS наиболее известен как глобальный сайленсер генов, который преимущественно подавляет транскрипцию горизонтально перенесенных генов, и именно жесткая нить приводит к сайленсингу генов. ^{[70] [71]} В совокупности получается, что образование жестких нитей является наиболее вероятным результатом взаимодействий H-NS-ДНК in vivo , которое приводит к сайленсингу генов, но не вызывает конденсацию ДНК. Соответственно, отсутствие H-NS не изменяет объем нуклеоида. ^[72] Однако возможно, что E. coli испытывает высокую концентрацию магния в некоторых условиях окружающей среды. В таких условиях H-NS может переключаться из своей формы, индуцирующей нить, в форму, индуцирующую мостик, которая способствует конденсации и организации ДНК. ^[66]

Фис

Фактор стимуляции инверсии (Fis) — это специфичный для последовательности ДНК-связывающий белок, который связывается со специфическими последовательностями ДНК, содержащими симметричный мотив из 15 пар оснований. ^{[29] [30] [73]} Подобно IHF, Fis вызывает изгиб ДНК в родственных участках. Способность изгибать ДНК очевидна в структуре гомодимера Fis. Гомодимер Fis обладает двумя мотивами спираль-поворот-спираль (HTH), по одному от каждого мономера. Мотив HTH обычно распознает большую бороздку ДНК. Однако расстояние между спиралями распознавания ДНК двух мотивов HTH в гомодимере Fis составляет 25 Å , что примерно на 8 Å короче шага канонической B-ДНК , что указывает на то, что белок должен изгибать или скручивать ДНК для стабильного связывания. ^{[74] [75]} Последовательно, кристаллическая структура комплексов Fis-ДНК показывает, что расстояние между спиралями распознавания остается неизменным, тогда как ДНК изгибается в диапазоне 60-75 градусов. ^[30] Существует 1464 области связывания Fis, распределенных по геному E. coli , и мотив связывания, идентифицированный вычислительным путем, совпадает с известным мотивом из 15 пар оснований. ^{[50] [76]} Специфическое связывание Fis в таких сайтах будет вызывать изгибы в ДНК, таким образом, способствуя конденсации ДНК за счет снижения персистентной длины ДНК. Более того, многие сайты связывания Fis встречаются в тандеме, например, в стабильных промоторах РНК, например, промоторе P1 оперона рРНК rrnB . Когерентное изгибание Fis в тандемных сайтах, вероятно, создает микропетлю ДНК, которая может дополнительно способствовать конденсации ДНК. ^[77]

Помимо высокоаффинного специфического связывания с родственными сайтами, Fis может связываться со случайной последовательностью ДНК. Неспецифическое связывание ДНК имеет значение, поскольку Fis так же распространен, как и HU в фазе роста . Поэтому ожидается, что большинство молекул Fis будут связывать ДНК неспецифическим для последовательности образом. Эксперименты с магнитным пинцетом показывают, что это неспецифическое связывание Fis может способствовать конденсации и организации ДНК. ^{[78] [79]} Fis вызывает умеренную конденсацию одной молекулы ДНК при <1 мМ, но вызывает существенное сворачивание посредством образования петель ДНК среднего размера ~800 п.н. при >1 мМ. Петли в экспериментах с магнитным пинцетом отличаются от микропетель, созданных когерентным изгибом ДНК в родственных сайтах, поскольку они требуют образования комплексов ДНК-белок высокой плотности, достигаемых путем связывания, независимого от последовательности. Хотя возникновение таких петель in vivo еще предстоит продемонстрировать, связывание высокой плотности Fis может происходить in vivo посредством согласованного действия как специфического, так и неспецифического связывания. Тандемное возникновение специфических участков может инициировать реакцию зародышеобразования, похожую на реакцию H-NS, а затем неспецифическое связывание приведет к образованию локализованных массивов Fis высокой плотности. Связывание между этими локализованными областями может создавать большие петли ДНК. ^[79] Fis присутствует исключительно в фазе роста , а не в стационарной фазе . ^{[80] [81]} Таким образом, любая роль в конденсации хромосом Fis должна быть специфична для растущих клеток. ^[81]

Нуклеоид-ассоциированные РНК (наРНК)

Ранние исследования, изучающие влияние обработки РНКазой А на изолированные нуклеоиды, показали, что РНК участвует в стабилизации нуклеоида в конденсированном состоянии. ^[82] Более того, обработка РНКазой А разрушает волокна ДНК на более тонкие волокна, что наблюдается с помощью атомно-силовой микроскопии нуклеоида с использованием «процедуры лизиса на субстрате». ^[83] Эти результаты продемонстрировали участие РНК в структуре нуклеоида, но идентичность молекулы(молекул) РНК оставалась неизвестной до недавнего времени. ^[47] Большинство исследований HU были сосредоточены на ее связывании с ДНК. ^[83] Однако HU также связывается с dsRNA и гибридами РНК-ДНК с более низким сродством, аналогичным таковому у линейной dsRNA. ^[84] Более того, HU предпочтительно связывается с РНК, содержащей вторичные структуры, и гибридом РНК-ДНК, в котором РНК содержит надрез или выступ. ^{[84] [85]} Сродство связывания HU с этими субстратами РНК похоже на то, с которым он связывается с искаженной ДНК. Иммунопреципитация РНК, связанной с HU, в сочетании с обратной транскрипцией и микрочипом (RIP-Chip), а также анализ РНК из очищенных интактных нуклеоидов идентифицировали молекулы РНК, связанные с нуклеоидом, которые взаимодействуют с HU. ^[47] Некоторые из них являются некодирующими РНК, и одна такая РНК, названная naRNA4 (нуклеоид-ассоциированная РНК 4), кодируется в повторяющемся экстрагенном палиндроме ( REP325 ). В штамме, лишенном REP325 , нуклеоид деконденсирован, как и в штамме, лишенном HU. ^[47] naRNA4, скорее всего, участвует в конденсации ДНК, соединяя сегменты ДНК в присутствии HU. ^[86] Недавние исследования дают представление о молекулярном механизме того, как naRNA4 устанавливает связи ДНК-ДНК. РНК нацелена на области ДНК, содержащие крестообразные структуры, и образует комплекс РНК-ДНК, который имеет решающее значение для установления связей ДНК-ДНК. ^[87] Удивительно, но хотя HU помогает в формировании комплекса, он не присутствует в конечном комплексе, что указывает на его потенциальную роль катализатора (шаперона). Природа комплекса РНК-ДНК остается загадочной, поскольку формирование комплекса не включает обширное спаривание оснований Уотсона/Крика, но чувствительно к РНКазе H, которая расщепляет РНК в гибриде РНК-ДНК, и комплекс связывается с антителом, специфичным для гибридов РНК-ДНК. ^{[47] [83] [84]}

Суперспирализация

Суперспирализация ДНК A. Линейная двухцепочечная ДНК становится топологически ограниченной молекулой, если два конца ковалентно соединены, образуя окружность. Правила топологии ДНК объясняются с использованием такой молекулы (ccc-ДНК), в которой числовой параметр, называемый числом связи (Lk), определяет топологию. Lk представляет собой математическую сумму двух геометрических параметров, скручивания (Tw) и скручивания (Wr). Скручивание представляет собой пересечение двух нитей, а скручивание представляет собой скручивание двойной спирали ДНК вокруг своей оси, требующее изгиба. Lk всегда является целым числом и остается неизменным независимо от того, насколько сильно деформированы две нити. Его можно изменить только путем введения разрыва в одну или обе нити ДНК с помощью ферментов метаболизма ДНК, называемых топоизомеразами. B. Скручивающее напряжение, создаваемое изменением Lk расслабленной топологически ограниченной ДНК, проявляется в форме суперспирализации ДНК. Уменьшение Lk (Lk<Lk ₀ ) вызывает отрицательную суперспирализацию, тогда как увеличение Lk (Lk>Lk ₀ ) вызывает положительную суперспирализацию. Здесь изображена только отрицательная суперспирализация. Например, если в ccc-ДНК вводится разрез и четыре витка удаляются перед повторным соединением двух нитей, ДНК становится отрицательно суперспирализованной с уменьшением числа скручиваний или извилин или того и другого. Извилин может принимать два типа геометрических структур, называемых плектонемой и тороидом. Плектонемы характеризуются переплетением двойной спирали ДНК и апикальной петли, тогда как закручивание двойной спирали ДНК вокруг оси образует тороиды.

Из-за своей спиральной структуры двухцепочечная молекула ДНК становится топологически ограниченной в ковалентно замкнутой кольцевой форме, которая устраняет вращение свободных концов. ^[88] Количество раз, которое две цепи пересекают друг друга в топологически ограниченной ДНК, называется числом связей (Lk), которое эквивалентно числу спиральных поворотов или изгибов в кольцевой молекуле. ^[89] Lk топологической ДНК остается неизменным, независимо от того, как деформируется молекула ДНК, до тех пор, пока ни одна из цепей не разорвана. ^{[90] [91]}

Lk ДНК в расслабленной форме определяется как Lk ₀ . Для любой ДНК Lk ₀ можно рассчитать, разделив длину (в п.н.) ДНК на количество п.н. на один виток спирали. Это равно 10,4 п.н. для расслабленной B -формы ДНК . Любое отклонение от Lk ₀ вызывает суперспирализацию в ДНК. Уменьшение числа связей (Lk<Lk ₀ ) создает отрицательную суперспирализацию, тогда как увеличение числа связей (Lk>Lk ₀ ) создает положительную суперспирализацию. ^{[92] [90]}

Состояние суперспирализации (когда Lk не равно Lk ₀ ) приводит к переходу в структуре ДНК, который может проявляться в изменении числа скручиваний (отрицательное <10,4 п.н./виток, положительное >10,4 п.н. на виток) и/или в образовании извилин , называемых суперспиралями. Таким образом, Lk математически определяется как знакозависимая сумма двух геометрических параметров, скручивания и скручивания. Количественной мерой суперспирализации, которая не зависит от размера молекул ДНК, является плотность суперспирализации (σ), где σ = ∆Lk/Lk ₀ . ^[91]

Извивы могут принимать две структуры: плектонему и соленоид или тороид. Плектонемическая структура возникает из-за переплетения спиральной оси. Тороидальные суперспирали возникают, когда ДНК образует несколько спиралей вокруг оси и не пересекаются друг с другом, как в телефонном шнуре. ^[90] Извивы в форме плектонем являются правыми и левыми в положительно или отрицательно суперспирализованной ДНК соответственно. Рукоятность тороидальных суперспиралей противоположна таковой плектонем. И плектонемы, и тороидальные суперспирали могут быть как в свободной форме, так и ограничены в связанной форме с белками. Лучшим примером связанной тороидальной суперспирализации в биологии является эукариотическая нуклеосома , в которой ДНК оборачивается вокруг гистонов . ^[17]

Плектонемические суперспирали вкишечная палочка

Основные единицы геномной организации у бактерий и эукариот Геномная ДНК, изображенная серой линией, отрицательно суперспирализована как у бактерий, так и у эукариот. Однако отрицательно суперспирализованная ДНК организована в плектонемической форме у бактерий, тогда как у эукариот она организована в тороидальной форме. Нуклеоид-ассоциированные белки (NAP), показанные в виде цветных сфер, ограничивают половину плектонемических суперспиралей, тогда как почти все тороидальные суперспирали индуцируются и сдерживаются нуклеосомами (окрашены в оранжевый цвет), образованными путем обертывания ДНК вокруг гистонов.

У большинства бактерий ДНК присутствует в суперспиральной форме. Кольцевая природа хромосомы E. coli делает ее топологически ограниченной молекулой, которая в основном отрицательно суперспирализована с предполагаемой средней плотностью суперспирализации (σ) -0,05. ^[93] В эукариотическом хроматине ДНК находится в основном в тороидальной форме, которая ограничивается и определяется гистонами посредством образования нуклеосом. Напротив, в нуклеоиде E. coli около половины хромосомной ДНК организовано в форме свободных плектонемических суперспиралей. ^{[94] [95] [96]} Оставшаяся ДНК ограничивается либо плектонемической формой, либо альтернативными формами, включая, но не ограничиваясь, тороидальной формой, взаимодействием с такими белками, как NAP. Таким образом, плектонемические суперспирали представляют собой эффективную суперспирализацию генома E. coli , которая отвечает за его конденсацию и организацию. Как плектонемическая, так и тороидальная суперспирализация способствуют конденсации ДНК. Ветвление плектонемических структур обеспечивает меньшую конденсацию ДНК, чем тороидальная структура. Молекула ДНК того же размера с одинаковой плотностью суперспирализации более компактна в тороидальной форме, чем в плектонемической форме. Помимо конденсации ДНК, суперспирализация способствует организации ДНК. Она способствует распутыванию ДНК, уменьшая вероятность катенации. ^[97] Суперспирализация также помогает приблизить два отдаленных участка ДНК, тем самым способствуя потенциальному функциональному взаимодействию между различными сегментами ДНК. ^[91]

Источники суперспирализации вкишечная палочка

Три фактора способствуют образованию и поддержанию суперспирализации хромосомной ДНК в E. coli : (i) активность топоизомераз , (ii) процесс транскрипции и (iii) NAP. ^[95]

Топоизомеразы

Топоизомеразы — это особая категория ферментов метаболизма ДНК, которые создают или удаляют суперспирализацию путем разрыва и последующего повторного лигирования цепей ДНК. ^[98] E. coli обладает четырьмя топоизомеразами. ДНК-гираза вводит отрицательную суперспирализацию в присутствии АТФ и удаляет положительную суперспирализацию в отсутствие АТФ. ^[99] Во всех формах жизни ДНК-гираза является единственной топоизомеразой, которая может создавать отрицательную суперспирализацию, и именно благодаря этой уникальной способности бактериальные геномы обладают свободными отрицательными суперспиралями; ДНК-гираза обнаружена у всех бактерий, но отсутствует у высших эукариот. Напротив, Topo I противостоит ДНК-гиразе, расслабляя отрицательно суперспирализованную ДНК. ^{[100] [101]} Существуют генетические доказательства, позволяющие предположить, что баланс между противоположными действиями ДНК-гиразы и Topo I отвечает за поддержание устойчивого уровня средней отрицательной суперспиральности в E. coli . ^{[100] [102]} Оба фермента необходимы для выживания E. coli . Нулевой штамм topA , гена, кодирующего Topo I, выживает только из-за наличия супрессорных мутаций в генах, кодирующих ДНК-гиразу. ^{[100] [102]} Эти мутации приводят к снижению активности гиразы, что позволяет предположить, что избыточная отрицательная суперспирализация из-за отсутствия Topo I компенсируется снижением отрицательной суперспирализирующей активности ДНК-гиразы. Topo III необязателен в E. coli и, как известно, не играет никакой роли в суперспирализации в E. coli. ^[103] Основная функция Topo IV заключается в разрешении сестринских хромосом. Однако было показано, что он также способствует стационарному уровню отрицательной суперспирализации, ослабляя отрицательную суперспирализацию вместе с Topo I. ^{[104] [105]}

Транскрипция

Модель домена двойной суперспирализации, предложенная Лю и Ваном, утверждала, что раскручивание двойной спирали ДНК во время транскрипции вызывает суперспирализацию в ДНК, как показано в. ^[106] Согласно их модели, транскрибирующая РНК-полимераза (РНКП), скользящая вдоль ДНК, заставляет ДНК вращаться вокруг своей спиральной оси. Препятствие в свободном вращении ДНК может возникнуть из-за топологического ограничения, в результате чего ДНК перед РНКП станет чрезмерно скрученной (положительно суперспирализованной), а ДНК за РНКП станет недостаточно скрученной (отрицательно суперспирализованной). Было обнаружено, что топологическое ограничение не нужно, поскольку РНКП генерирует достаточный крутящий момент, который вызывает суперспирализацию даже в линейной матрице ДНК. ^[107] Если ДНК уже отрицательно суперспирализована, это действие ослабляет существующие отрицательные суперспирали, прежде чем вызвать накопление положительных супервитков перед РНКП и вводит больше отрицательных супервитков позади РНКП. В принципе, ДНК-гираза и Topo I должны удалять избыточные положительные и отрицательные суперспирали соответственно, но если скорость удлинения РНК-полимеразы превышает оборот двух ферментов, транскрипция способствует достижению устойчивого уровня суперспирализации. ^[107]

Модель домена двойной суперспирализации для суперспирализации, вызванной транскрипцией A. Пример топологически ограниченной ДНК. Серая полоса представляет топологическое ограничение, например, белок или мембранный якорь. B. Размещение РНК-полимеразы для инициации транскрипции приводит к раскрытию двойной спирали ДНК. C. Удлиняющийся комплекс РНК-полимеразы не может вращаться вокруг спиральной оси ДНК. Поэтому удаление спиральных витков РНК-полимеразой вызывает перекручивание топологически ограниченной ДНК впереди и недокручивание ДНК позади, создавая положительно и отрицательно суперспирализованную ДНК соответственно. Суперспирализация может проявляться либо как изменение числа витков, как показано на C, либо как плектонемическое извивание, как показано на D.

Контроль суперспирализации с помощью NAP

В эукариотическом хроматине ДНК редко присутствует в свободной суперспиральной форме, поскольку нуклеосомы ограничивают почти всю отрицательную суперспирализацию посредством прочного связывания ДНК с гистонами. Аналогично, в E. coli нуклеопротеиновые комплексы, образованные NAP, ограничивают половину плотности суперспирализации нуклеоида. ^{[93] [96]} Другими словами, если NAP диссоциирует от нуклеопротеинового комплекса , ДНК примет свободную, плектонемическую форму. Экспериментально показано, что связывание ДНК HU, Fis и H-NS ограничивает отрицательную суперспирализацию в расслабленной, но топологически ограниченной ДНК. ^{[108] [109] [110] [111] [112]} Они могут делать это либо путем изменения шага спирали ДНК, либо путем создания тороидальных извилин путем изгибания и обертывания ДНК. В качестве альтернативы, NAP могут предпочтительно связываться и стабилизировать другие формы ДНК с подзакрученной структурой, такие как крестообразные структуры и разветвленные плектонемы. Сообщалось, что Fis организует разветвленные плектонемы посредством связывания с кроссоверными областями, а HU предпочтительно связывается с крестообразными структурами. ^[112]

NAP также косвенно регулируют суперспирализацию ДНК. Fis может модулировать суперспирализацию, подавляя транскрипцию генов, кодирующих ДНК-гиразу. ^[113] Существуют генетические доказательства, позволяющие предположить, что HU контролирует уровни суперспирализации, стимулируя ДНК-гиразу и снижая активность Topo I. ^{[114] [115]} В поддержку генетических исследований было показано, что HU стимулирует катализируемую ДНК-гиразой декатенацию ДНК in vitro . ^[116] Неясно с точки зрения механизма, как HU модулирует активность гиразы и Topo I. HU может физически взаимодействовать с ДНК-гиразой и Topo I, или активность организации ДНК HU, такая как изгиб ДНК, может способствовать или подавлять действие ДНК-гиразы и Topo I соответственно. ^{[114] [116]}

Плектонемические суперспирали организуются в несколько топологических доменов

Одной из поразительных особенностей нуклеоида является то, что плектонемические суперспирали организованы в несколько топологических доменов. ^[117] Другими словами, один разрез в одном домене расслабит только этот домен, а не другие. Топологический домен образуется из-за барьера суперспирализации-диффузии. Независимые исследования, использующие различные методы, сообщили, что топологические домены имеют переменный размер в диапазоне от 10 до 400 кб. ^{[95] [117] [118]} Случайное размещение барьеров, обычно наблюдаемое в этих исследованиях, по-видимому, объясняет большую изменчивость в размере доменов. ^[117]

Хотя идентичность доменных барьеров еще предстоит установить, возможные механизмы, ответственные за формирование барьеров, включают: (i) Доменный барьер может образовываться, когда белок, способный сдерживать суперспирали, одновременно связывается с двумя различными сайтами на хромосоме, образуя топологически изолированную петлю или домен ДНК. Было экспериментально продемонстрировано, что опосредованное белком петлеобразование в суперспиральной ДНК может создавать топологический домен. ^{[119] [120]} NAP, такие как H-NS и Fis, являются потенциальными кандидатами, основываясь на их способности к петлеобразованию ДНК и распределении их сайтов связывания. (ii) Бактериальные вкрапленные мозаичные элементы (BIME) также появляются в качестве потенциальных кандидатов на роль доменных барьеров. BIME представляют собой последовательности палиндромных повторов, которые обычно встречаются между генами. Было показано, что BIME препятствует диффузии суперспирализации в синтетически разработанной топологической кассете, вставленной в хромосому E. coli . ^[121] Существует ~600 BIME, распределенных по геному, возможно, разделяющих хромосому на 600 топологических доменов. ^[122] (iii) Барьеры также могут быть результатом прикрепления ДНК к клеточной мембране через белок, который связывается как с ДНК, так и с мембраной, или через зарождающуюся транскрипцию и трансляцию мембранно-закрепленных белков. (iv) Транскрипционная активность может генерировать барьеры суперспирализации-диффузии. Было показано, что активно транскрибирующаяся РНК-полимераза блокирует рассеивание плектонемических суперспиралей, тем самым формируя барьер суперспирализации-диффузии. ^{[123] [124] [125]}

Хромосомная ДНК внутри нуклеоида разделена на независимые суперспиральные топологические домены A. Иллюстрация одного топологического домена суперспиральной ДНК. Одного двухцепочечного разреза в любом месте было бы достаточно, чтобы ослабить натяжение суперспирализации всего домена. B. Иллюстрация нескольких топологических доменов в суперспиральной молекуле ДНК. Наличие барьеров суперспирализации-диффузии разделяет суперспиральную молекулу ДНК на несколько топологических доменов. Гипотетические барьеры суперспирализации-диффузии представлены в виде зеленых сфер. В результате один двухцепочечный разрез ослабит только один топологический домен, а не другие. Плектонемические суперспирали ДНК внутри нуклеоида E. coli организованы в несколько топологических доменов, но для простоты показаны только четыре домена с разным количеством суперспиралей.

Динамика нуклеоида, зависящая от фазы роста

Нуклеоид реорганизуется в клетках стационарной фазы, что позволяет предположить, что структура нуклеоида является высокодинамичной и определяется физиологическим состоянием клеток. Сравнение карт контактов высокого разрешения нуклеоида показало, что дальние контакты в макродомене Ter увеличились в стационарной фазе по сравнению с фазой роста . ^[126] Кроме того, границы CID в стационарной фазе отличались от границ, обнаруженных в фазе роста. Наконец, морфология нуклеоида претерпевает массовую трансформацию во время длительной стационарной фазы; ^[127] нуклеоид демонстрирует упорядоченные тороидальные структуры. ^[128]

Изменения в структуре нуклеоида, специфичные для фазы роста, могут быть вызваны изменением уровней нуклеоид-ассоциированных архитектурных белков ДНК (субъединиц NAP и Muk), суперспирализацией и транскрипционной активностью. Обилие NAP и субъединиц Muk изменяется в соответствии с циклом роста бактерий. Fis и индуцируемый голоданием связывающий ДНК белок Dps, другой NAP, присутствуют почти исключительно в фазе роста и стационарной фазе соответственно. Уровни Fis повышаются при вступлении в экспоненциальную фазу, а затем быстро снижаются, пока клетки все еще находятся в экспоненциальной фазе, достигая уровней, которые не обнаруживаются в стационарной фазе. ^[129] В то время как уровни Fis начинают снижаться, уровни Dps начинают расти и достигают максимума в стационарной фазе. ^[21] Резкий переход в структуре нуклеоида, наблюдаемый в длительной стационарной фазе, в основном приписывается Dps. Он образует ДНК/ кристаллические сборки, которые защищают нуклеоид от повреждающих ДНК агентов, присутствующих во время голодания. ^[128]

HU, IHF и H-NS присутствуют как в фазе роста, так и в стационарной фазе. ^[21] Однако их обилие существенно меняется, так что HU и Fis являются наиболее обильными NAP в фазе роста, тогда как IHF и Dps становятся наиболее обильными NAP в стационарной фазе. ^[21] HUαα является преобладающей формой в ранней экспоненциальной фазе, тогда как гетеродимерная форма преобладает в стационарной фазе с небольшим количеством гомодимеров. ^[130] Этот переход имеет функциональные последствия в отношении структуры нуклеоида, поскольку две формы, по-видимому, организуют и конденсируют ДНК по-разному; как гомо-, так и гетеродимеры образуют нити, но только гомодимер может объединять несколько сегментов ДНК для формирования сети ДНК. ^[45] Число копий MukB увеличивается в два раза в стационарной фазе. ^{[131] [132]} Увеличение числа молекул MukB может оказывать влияние на процессивность комплекса MukBEF как фактора выталкивания петель ДНК, приводя к увеличению или увеличению числа петель. ^{[131] [132]}

Суперспирализация может действовать согласованно с архитектурными белками ДНК, чтобы реорганизовать нуклеоид. Общий уровень суперспирализации снижается в стационарной фазе, и суперспирализация демонстрирует другую картину на региональном уровне. ^[133] Изменения в суперспирализации могут изменить топологическую организацию нуклеоида. Кроме того, поскольку хромосомная область высокой транскрипционной активности образует границу CID, изменения транскрипционной активности во время различных фаз роста могут изменить формирование границ CID и, таким образом, пространственную организацию нуклеоида. Возможно, что изменения в границах CID, наблюдаемые в стационарной фазе, могут быть вызваны высокой экспрессией другого набора генов в стационарной фазе по сравнению с фазой роста. ^[126]

Структура нуклеоида и экспрессия генов

NAP и экспрессия генов

Структура хромосомы E. coli и экспрессия генов, по-видимому, влияют друг на друга реципрокно. С одной стороны, корреляция границы CID с высокой активностью транскрипции указывает на то, что организация хромосомы обусловлена ​​транскрипцией. С другой стороны, трехмерная структура ДНК внутри нуклеоида на каждом уровне может быть связана с экспрессией генов. Во-первых, было показано, что реорганизация трехмерной архитектуры нуклеоида в E. coli может динамически модулировать клеточный паттерн транскрипции. ^[134] Мутант HUa сделал нуклеоид очень сильно уплотненным за счет повышенной положительной суперспиральности хромосомной ДНК. Следовательно, многие гены были репрессированы, и многие покоящиеся гены были экспрессированы. Кроме того, существует много конкретных случаев, в которых опосредованные белком локальные архитектурные изменения изменяют транскрипцию генов. Например, образование жестких нуклеопротеиновых нитей H-NS блокирует доступ РНК-полимеразы к промотору, тем самым предотвращая транскрипцию генов. ^[135] Благодаря подавлению генов H-NS действует как глобальный репрессор, преимущественно ингибируя транскрипцию горизонтально перенесенных генов. ^{[50] [27]} В другом примере специфическое связывание HU с опероном gal способствует образованию петли ДНК, которая удерживает оперон gal подавленным в отсутствие индуктора. ^[136] Топологически различимая микропетля ДНК, созданная когерентным изгибом ДНК Fis на стабильных промоторах РНК, активирует транскрипцию. ^[77] Изгиб ДНК IHF дифференциально контролирует транскрипцию с двух тандемных промоторов оперона ilvGMEDA в E. coli . ^{[137] [138]} Специфические топологические изменения NAP не только регулируют транскрипцию генов, но также участвуют в других процессах, таких как инициация репликации ДНК, рекомбинация и транспозиция. ^{[9] [10] [11]} В отличие от специфической регуляции генов, то, как структура хромосом более высокого порядка и ее динамика влияют на экспрессию генов в глобальном масштабе на молекулярном уровне, еще предстоит выяснить. ^[139]

Суперспирализация ДНК и экспрессия генов

Между суперспирализацией ДНК и транскрипцией генов существует двусторонняя взаимосвязь. ^[139] Отрицательная суперспирализация области промотора может стимулировать транскрипцию, способствуя плавлению промотора и увеличивая сродство связывания ДНК регулятора белка. Стохастические всплески транскрипции, по-видимому, являются общей характеристикой высокоэкспрессируемых генов, а уровни суперспирализации ДНК-матрицы способствуют транскрипционному всплеску. ^[140] Согласно модели домена двойной суперспирализации, транскрипция гена может влиять на транскрипцию других близлежащих генов через реле суперспирализации. Одним из таких примеров является активация промотора leu-500 . ^[139] Суперспирализация не только опосредует ген-специфические изменения, но и опосредует крупномасштабные изменения в экспрессии генов. Топологическая организация нуклеоида может обеспечить независимую экспрессию генов, чувствительных к суперспирализации, в различных топологических доменах. Карта неограниченной суперспирализации в масштабе генома показала, что геномные регионы имеют различную плотность суперспирализации в устойчивом состоянии, что указывает на то, что уровень суперспирализации различается в отдельных топологических доменах. ^[133] В результате изменение суперспирализации может привести к экспрессии генов, специфичной для домена, в зависимости от уровня суперспирализации в каждом домене. ^[133]

Эффект суперспирализации на экспрессию генов может быть опосредован NAP, которые напрямую или косвенно влияют на суперспирализацию. Эффект HU на экспрессию генов, по-видимому, включает изменение суперспирализации и, возможно, организацию ДНК более высокого порядка. Положительная корреляция между связыванием ДНК-гиразы и повышением регуляции генов, вызванным отсутствием HU, предполагает, что изменения в суперспирализации отвечают за дифференциальную экспрессию. Было также обнаружено, что HU отвечает за позиционный эффект на экспрессию генов, изолируя транскрипционные единицы путем ограничения суперспирализации, вызванной транскрипцией. ^[141] Точечные мутации в HUa резко изменили профиль экспрессии генов E. coli, изменив ее морфологию , физиологию и метаболизм . В результате мутантный штамм был более инвазивным в клетках млекопитающих. ^{[134] [142]} Этот резкий эффект сопровождался уплотнением нуклеоида и увеличением положительной суперспирализации. ^{[45] [143]} Мутантный белок был октамером, в отличие от димера дикого типа. Он оборачивает ДНК на своей поверхности в правостороннем порядке, ограничивая положительные суперспирали в отличие от дикого типа HU. ^[143] Эти исследования показывают, что замены аминокислот в HU могут иметь драматическое влияние на структуру нуклеоида, что в свою очередь приводит к значительным фенотипическим изменениям. ^[143]

Поскольку MukB и HU стали критически важными игроками в дальнодействующих взаимодействиях ДНК, будет полезно сравнить влияние каждого из этих двух белков на глобальную экспрессию генов. ^[144] Хотя HU, по-видимому, контролирует экспрессию генов, модулируя плотность суперспирализации, точный молекулярный механизм остается неизвестным, а влияние MukB на экспрессию генов еще предстоит проанализировать. ^{[144] [145]}

Пространственная организация

Нуклеоид пространственно организован в домены хромосомных взаимодействий (CID) и макродомены A. Методы захвата конформации хромосомы (3C) исследуют трехмерную организацию генома путем количественной оценки физических взаимодействий между геномными локусами, которые находятся рядом в трехмерном пространстве, но могут быть далеко в линейном геноме. Геном сшивается формальдегидом для сохранения физических контактов между геномными локусами. Затем геном расщепляется рестриктазой. На следующем этапе лигирование ДНК проводится при разбавленных концентрациях ДНК для содействия внутримолекулярному лигированию (между сшитыми фрагментами, которые приводятся в физическую близость трехмерной организацией генома). Частота событий лигирования между удаленными участками ДНК отражает физическое взаимодействие. В методе 3C лигирующие соединения обнаруживаются с помощью полуколичественной ПЦР-амплификации, в которой эффективность амплификации является грубой оценкой парного физического контакта между интересующими геномными областями и его частоты. Метод 3C исследует физическое взаимодействие между двумя определенными регионами, идентифицированными априори, тогда как его версия Hi-C обнаруживает физические взаимодействия между всеми возможными парами геномных регионов одновременно. В методе Hi-C переваренные концы заполняются биотинилированным адаптером перед лигированием. Лигированные фрагменты разрезаются и затем обогащаются биотин-пулл-даун. Затем лигационные соединения обнаруживаются и количественно определяются методами секвенирования следующего поколения с парными концами. B. Данные Hi-C обычно представляются в виде двумерной матрицы, в которой оси x и y представляют геномные координаты. Геном обычно делится на ячейки фиксированного размера, например, 5 кб. Размер ячеек по существу определяет разрешение контакта. Каждая запись в матрице, m _ij , представляет собой количество химерных прочтений секвенирования, сопоставленных с геномными локусами в ячейках i и j. Квантификация прочтений (представленная в виде тепловой карты) обозначает относительную частоту контактов между геномными локусами бинов i и j. Характерной чертой тепловой карты является диагональная линия, которая появляется из-за более частого физического взаимодействия между локусами, которые очень близки друг к другу в линейном геноме. Интенсивность, удаленная от диагональной линии, представляет относительную частоту физического взаимодействия между локусами, которые находятся далеко друг от друга в линейном геноме. Треугольники высокой интенсивности вдоль диагональной линии представляют высоко самовзаимодействующие домены хромосомного взаимодействия (CID), которые разделены граничной областью, состоящей из меньшего числа взаимодействий. C. Во многих видах бактерий, включая E. coli, по-видимому, суперспирализованные топологические домены организуются как CID. Плектонемическая суперспирализация способствует высокому уровню взаимодействия между геномными локусами в пределах CID, а область, свободная от плектонемы (PFR), созданная из-за высокой транскрипционной активности, действует как граница CID. Нуклеоид-ассоциированные белки, изображенные в виде замкнутых кругов, стабилизируют взаимодействия, опосредованные суперспирализацией. Активно транскрибирующая РНК-полимераза (изображенная в виде зеленой сферы) в PFR блокирует рассеивание суперспирализации между двумя доменами, таким образом, действует как барьер диффузии суперспирализации. Размер CID колеблется от 30 до 400 кб. Несколько треугольников (CID) сливаются, образуя больший треугольник, который представляет макродомен. Другими словами, CID макродомена физически взаимодействуют друг с другом чаще, чем с CID соседнего макродомена или с геномными локусами за пределами этого макродомена. Макродомен может содержать несколько CID. Для простоты показан макродомен, содержащий только два CID.

Домены хромосомного взаимодействия

В последние годы появление молекулярного метода, называемого захватом конформации хромосомы (3C), позволило изучать пространственную организацию хромосом с высоким разрешением как у бактерий, так и у эукариот. ^[146] 3C и его версия, которая сопряжена с глубоким секвенированием (Hi-C) ^[147], определяют физическую близость, если таковая имеется, между любыми двумя геномными локусами в трехмерном пространстве. Карта контактов с высоким разрешением бактериальных хромосом, включая хромосому E. coli , показала, что бактериальная хромосома сегментирована на множество высоко самовзаимодействующих областей, называемых доменами хромосомного взаимодействия (CID). ^{[126] [148] [149]} CID эквивалентны топологически ассоциированным доменам (TAD), наблюдаемым во многих эукариотических хромосомах, ^[150] что предполагает, что формирование CID является общим явлением организации генома. Две характеристики определяют CID или TAD. Во-первых, геномные регионы CID физически взаимодействуют друг с другом чаще, чем с геномными регионами за пределами этого CID или с регионами соседнего CID. Во-вторых, наличие границы между CID, которая предотвращает физические взаимодействия между геномными регионами двух соседних CID. ^[126]

Было обнаружено, что хромосома E. coli состоит из 31 CID в фазе роста. Размер CID варьировался от 40 до ~300 кб. Похоже, что барьер суперспирализации-диффузии, отвечающий за разделение петель плектонемической ДНК на топологические домены, функционирует как граница CID в E. coli и многих других бактериях. Другими словами, наличие барьера суперспирализации-диффузии определяет образование CID. Результаты зондирования Hi-C хромосом в E. coli , Caulobacter crescentus и Bacillus subtilis сходятся на модели, согласно которой CID образуются, поскольку плектонемическое петлеобразование вместе с деятельностью NAP по организации ДНК способствует физическим взаимодействиям между геномными локусами, а граница CID состоит из области, свободной от плектонемы (PFR), которая предотвращает эти взаимодействия. PFR создается из-за высокой активности транскрипции, поскольку спиральное раскручивание ДНК путем активной транскрипции РНК-полимеразы сдерживает плектонемические суперспирали. В результате рассеивание суперспиралей также блокируется, создавая барьер суперспирализации-диффузии. Косвенное доказательство этой модели исходит из наблюдения, что CID бактериальных хромосом, включая хромосому E. coli , демонстрируют высокотранскрибируемые гены на своих границах, что указывает на роль транскрипции в формировании границы CID. ^{[126] [148]} Более прямые доказательства исходят из открытия, что размещение высокотранскрибируемого гена в положении, где нет границы, создает новую границу CID в хромосоме C. crescentus . ^[148] Однако не все границы CID коррелируют с высокотранскрибируемыми генами в хромосоме E. coli , что позволяет предположить, что другие неизвестные факторы также ответственны за формирование границ CID и барьеров суперспирализации-диффузии. ^[148]

Макродомены

Плектонемические петли ДНК, организованные в виде топологических доменов или CID, по-видимому, далее объединяются, образуя большие пространственно различные домены, называемые макродоменами (MD). В E. coli MD изначально были идентифицированы как большие сегменты генома, ДНК-маркеры которых локализовались вместе (колокализовались) в исследованиях флуоресцентной гибридизации in situ (FISH). ^{[151] [152]} Большая геномная область (~1 Мб), охватывающая локус oriC (начало репликации хромосомы), была колокализована и была названа макродоменом Ori. Аналогичным образом, большая геномная область (~1 Мб), охватывающая область терминуса репликации ( ter ), была колокализована и была названа макродоменом Ter. Позднее MD были идентифицированы на основе того, как часто пары сайтов лямбда att , которые были вставлены в различные отдаленные места в хромосоме, рекомбинировали друг с другом. В этом методе, основанном на рекомбинации, MD был определен как большой геномный регион, сайты ДНК которого могут в первую очередь рекомбинировать друг с другом, но не с теми, которые находятся за пределами этого MD. Метод, основанный на рекомбинации, подтвердил Ori и Ter MD, которые были идентифицированы в исследованиях FISH, и идентифицировал два дополнительных MD. ^{[12] [153]}

Два дополнительных MD были образованы дополнительными ~1-Mb областями, фланкирующими Ter, и были обозначены как Left и Right. Эти четыре MD (Ori, Ter, Left и Right) составили большую часть генома, за исключением двух геномных областей, фланкирующих Ori. Эти две области (NS-L и NS-R) были более гибкими и неструктурированными по сравнению с MD, поскольку участки ДНК в них рекомбинировали с участками ДНК, расположенными в MD с обеих сторон. Генетическое положение oriC, по -видимому, диктует формирование MD, поскольку изменение положения oriC путем генетической манипуляции приводит к реорганизации MD. Например, геномные области, ближайшие к oriC, всегда ведут себя как NS независимо от последовательности ДНК, а области, расположенные дальше, всегда ведут себя как MD. ^[154]

Метод Hi-C дополнительно подтвердил иерархическую пространственную организацию CID в форме макродоменов. ^[126] Другими словами, CID макродомена физически взаимодействовали друг с другом чаще, чем с CID соседнего макродомена или с геномными локусами за пределами этого макродомена. Данные Hi-C показали, что хромосома E. coli разделялась на два отдельных домена. Область, окружающая ter, образовывала изолированный домен, который перекрывался с ранее идентифицированным Ter MD. Контакты ДНК-ДНК в этом домене происходили только в диапазоне до ~280 кб. Остальная часть хромосомы образовывала один домен, геномные локусы которого демонстрировали контакты в диапазоне >280 кб. ^[126] Хотя большинство контактов в этом домене были ограничены максимальным расстоянием ~500 кб, было два свободных региона, геномные локусы которых образовывали контакты на еще больших расстояниях (до ~1 Мб). Эти свободные регионы соответствовали ранее идентифицированным гибким и менее структурированным регионам (NS). Границы изолированного домена, охватывающего ter , и двух свободных регионов, идентифицированных методом Hi-C, сегментировали всю хромосому на шесть регионов, которые соответствуют четырем MD и двум регионам NS, определенным с помощью анализов на основе рекомбинации. ^[126]

Белки, управляющие образованием макродоменов

МатП

Геномная занятость MatP и MukB E. coli Круговая схема генома E. coli , изображающая геномную занятость MatP и MukB в E. coli . Самый внутренний круг изображает геном E. coli . Области генома, которые организованы как пространственные домены (макродомены) в нуклеоиде, обозначены цветными полосами. Гистограммы занятости генома для MatP и MukB, определенные с помощью иммунопреципитации хроматина в сочетании с секвенированием ДНК (ChIP-seq), показаны во внешних кругах. Размер ячейки гистограмм составляет 300 п.н. Рисунок был подготовлен в circos/0.69-6 с использованием обработанных данных ChIP-Seq из. ^[155]

Поиск белка(ов), ответственных за формирование макродомена, привел к идентификации белка макродомена Ter (MatP). MatP связывается почти исключительно в Ter MD, распознавая мотив из 13 пар оснований, называемый последовательностью макродомена ter ( matS ). ^[32] В домене Ter присутствует 23 сайта matS , в среднем один сайт на каждые 35 кб. Дополнительные доказательства связывания MatP в домене Ter получены с помощью флуоресцентной визуализации MatP. Были обнаружены дискретные фокусы MatP, которые локализовались совместно с ДНК-маркерами домена Ter. ^[32] Сильное обогащение сигнала ChIP-Seq в Ter MD также подтверждает преимущественное связывание MatP с этим доменом. ^[32]

MatP конденсирует ДНК в домене Ter, поскольку отсутствие MatP увеличило расстояние между двумя флуоресцентными маркерами ДНК, расположенными на расстоянии 100 кб друг от друга в домене Ter. Кроме того, MatP играет важную роль в изоляции домена Ter от остальной части хромосомы. ^[126] Он способствует контактам ДНК-ДНК в домене Ter, но предотвращает контакты между локусами ДНК домена Ter и локусами фланкирующих областей. Как MatP конденсирует ДНК и способствует контактам ДНК-ДНК? Экспериментальные результаты противоречивы. MatP может образовывать петлю ДНК между двумя сайтами matS in vitro , и его активность образования петли ДНК зависит от тетрамеризации MatP. Тетрамеризация происходит посредством спирально-спиральных взаимодействий между двумя молекулами MatP, связанными с ДНК. ^[156] Одна из очевидных моделей, основанных на результатах in vitro , заключается в том, что MatP способствует контактам ДНК-ДНК in vivo путем соединения сайтов matS . Однако, хотя MatP соединял отдаленные сайты в исследованиях Hi-C, он не соединял сайты matS специально . Более того, мутант MatP, который не мог образовывать тетрамеры, вел себя как дикий тип. Эти результаты опровергают модель мостика matS для организации Ter, оставляя механизм действия MatP неуловимым. Одна из возможностей заключается в том, что MatP распространяется на близлежащие сегменты ДНК из своего первичного сайта связывания matS и соединяет отдаленные сайты посредством механизма, который не зависит от тетрамеризации. ^[156]

МукБЕФ

Модели организации ДНК по MatP и MukBEF A. Модель matS -мостика для организации ДНК в макродомене Ter по MatP. MatP распознает 13-пн сигнатурную последовательность ДНК, называемую matS , которая присутствует исключительно в макродомене Ter. Существует 23 сайта matS , разделенных друг от друга в среднем 35 кб. MatP связывается с сайтом matS как димер, а тетрамеризация связанных с ДНК димеров соединяет сайты matS, образуя большие петли ДНК. B. Архитектура комплекса MukBEF E. coli . Комплекс образован белок-белковыми взаимодействиями между MukB (синий), MukF (темно-оранжевый) и MukE (светло-оранжевый). MukB, который принадлежит к семейству белков структурного поддержания хромосом (SMCs), образует димер (мономеры показаны темно- и светло-синими цветами), состоящий из головного домена АТФазы и внутримолекулярной спиральной спирали длиной 100 нм с шарнирной областью посередине. Из-за гибкости шарнирной области MukB принимает характерную V-образную форму семейства SMC. MukF также имеет тенденцию существовать в виде димера из-за сильного сродства к димеризации между мономерами. ^{[157] [158]} C-концевой домен MukF может взаимодействовать с головным доменом MukB, в то время как его центральный домен может взаимодействовать с MukE. Две молекулы MukE и одна молекула MukF ассоциируются друг с другом независимо от MukB, образуя тримерный комплекс (MukE ₂ F). Поскольку MukF имеет тенденцию существовать в димерной форме, димеризация MukF приводит к образованию удлиненного гексамерного комплекса (MukE ₂ F) ₂ . ^[159] В отсутствие АТФ комплекс (MukE ₂ F) ₂ связывается с головными доменами MukB через C-концевой домен MukF, образуя симметричный комплекс MukBEF (показан слева). Стехиометрия симметричного комплекса — B ₂ (E ₂ F) ₂ . Связывание АТФ между головными доменами MukB заставляет отсоединяться одну молекулу MukF и две молекулы MukE. ^{[132] [159]} В результате образуется асимметричный комплекс MukBEF со стехиометрией B ₂ (E ₂ F) ₁ . Поскольку MukF легко димеризуется, димеризация MukF может потенциально объединить две асимметричные молекулы, связанные с АТФ, что приведет к образованию димера димеров со стехиометрией B ₄ (E ₂ F) ₂ (показано справа). Стехиометрия комплекса MukBEF in vivo оценивается как B ₄ (E ₂ F) ₂предполагая, что димер димеров является функциональной единицей in vivo . ^[160] C. Модель для экструзии петли димером димеров MukBEF. Димер димера загружается на ДНК (изображено серой линией) через домены связывания ДНК MukB. Было показано, что MukB связывает ДНК через свою шарнирную область и верхнюю область своего домена головы. ^{[48] [161]} Транслокация комплекса от его места загрузки затем выдавливает петли ДНК. Петли выдавливаются в скалолазной манере посредством скоординированного открытия и закрытия кольца MukBEF через отсоединение головки MukB, которое происходит из-за скоординированного гидролиза АТФ в двух димерах. ^[160] Темно- и светло-синие круги представляют события связывания и гидролиза АТФ соответственно. MukE не показан в комплексе для простоты.

MukB принадлежит к семейству АТФаз, называемых структурными белками поддержания хромосом (SMC), которые участвуют в организации хромосом более высокого порядка у эукариот. ^[145] Два мономера MukB ассоциируются посредством непрерывного антипараллельного спирально-спирального взаимодействия, образуя жесткий стержень длиной 100 нм. Гибкая шарнирная область находится в середине стержня. ^{[162] [163]} Благодаря гибкости шарнирной области MukB принимает характерную V-образную форму семейства SMC. Не-SMC субъединицы, ассоциирующиеся с MukB, — это MukE и MukF. Ассоциация закрывает V-образное образование, что приводит к образованию больших кольцевых структур. MukE и MukF кодируются вместе с MukB в одном опероне в E. coli . [ ^164] Удаление любой из субъединиц приводит к одному и тому же фенотипу, что позволяет предположить, что комплекс MukBEF является функциональной единицей in vivo . ^[160] ДНК-связывающая активность комплекса находится в субъединице MukB, тогда как MukE и MukF модулируют активность MukB. ^[164]

Комплекс MukBEF вместе с Topo IV необходим для декатенации и репозиционирования вновь реплицированных oriC . ^{[165] [166] [167] [168] [155]} Роль MukBEF не ограничена во время репликации ДНК. Он организует и конденсирует ДНК даже в нереплицирующихся клетках. ^[131] Недавняя карта конформации хромосом с высоким разрешением штамма E. coli с истощенным MukB показывает, что MukB участвует в формировании ДНК-ДНК-взаимодействий на всей хромосоме, за исключением домена Ter. ^[126] Как MukB не может действовать в домене Ter? MatP физически взаимодействует с MukB, тем самым предотвращая локализацию MukB в домене Ter. ^[155] Это очевидно из связывания ДНК MatP и MukB в домене Ter. ДНК-связывание MatP обогащено в домене Ter, тогда как ДНК-связывание MukB снижено по сравнению с остальной частью генома. Кроме того, в штамме, уже лишенном MatP, отсутствие MukB вызывает снижение контактов ДНК по всей хромосоме, включая домен Ter. ^[126] Этот результат согласуется с мнением о том, что MatP вытесняет MukB из домена Ter. ^[126]

Как комплекс MukBEF функционирует для организации хромосомы E. coli ? Согласно современной точке зрения, комплексы SMC организуют хромосомы путем выдавливания петель ДНК. ^[169] Комплексы SMC транслоцируются вдоль ДНК для выдавливания петель цис-образом (на одной и той же молекуле ДНК), при этом размер петель зависит от процессивности комплекса. Комплексы SMC из разных организмов отличаются по механизму выдавливания петель. ^[169] Флуоресцентная микроскопия отдельных молекул MukBEF в E. coli предполагает, что минимальной функциональной единицей in vivo является димер димеров. ^[160] Эта единица образуется путем объединения двух комплексов MukBEF, связанных с АТФ, посредством димеризации, опосредованной MukF. MukBEF локализуется в клетке в виде 1-3 кластеров, которые вытянуты параллельно длинной оси клетки. Каждый кластер содержит в среднем ~ 8-10 димеров димеров. Согласно текущей модели, MukBEF выдавливает петли ДНК в манере «скалолазания». ^{[160] [170]} Димер димеров высвобождает один сегмент ДНК и захватывает новый сегмент ДНК, не отделяясь от хромосомы. Помимо образования петель ДНК, связь между отрицательной суперспирализацией и функцией MukBEF in vivo вместе со способностью субъединицы MukB ограничивать отрицательные суперспирали in vitro предполагает, что MukBEF организует ДНК, генерируя суперспирали. ^{[171] [172] [173]}

Роль NAP и naRNA

Помимо содействия уплотнению хромосом путем изгибания, соединения мостиками и образования петель ДНК в меньшем масштабе (~1 кб), NAP участвуют в конденсации и организации ДНК, способствуя дальнодействующим контактам ДНК-ДНК. Два NAP, Fis и HU, стали ключевыми игроками в содействии дальнодействующим контактам ДНК-ДНК, которые происходят по всей хромосоме. ^[126] Остается изучить, как деятельность по организации ДНК Fis и HU, которая хорошо изучена в меньшем масштабе (~1 кб), приводит к образованию дальнодействующих взаимодействий ДНК-ДНК. Тем не менее, некоторые из опосредованных HU взаимодействий ДНК требуют присутствия naRNA4. ^[86] naRNA4 также участвует в создании дальнодействующих контактов ДНК. HU катализирует некоторые контакты, но не все, что позволяет предположить, что РНК участвует с другими NAP в формировании контактов ДНК. HU также, по-видимому, действует вместе с MukB, способствуя дальнодействующим взаимодействиям ДНК-ДНК. Эта точка зрения основана на наблюдениях, что отсутствие HU или MukB вызвало сокращение тех же контактов ДНК-ДНК. Неясно, как MukB и HU потенциально действуют вместе, способствуя взаимодействию ДНК-ДНК. Возможно, что эти два белка взаимодействуют физически. Альтернативно, в то время как MukBEF выдавливает большие петли ДНК, HU конденсирует и организует эти петли. ^{[169] [48]}

Роль функциональной связанности генов

Есть сообщения о том, что функционально связанные гены E. coli физически находятся вместе в трехмерном пространстве внутри хромосомы, даже если они находятся далеко друг от друга по генетическому расстоянию. Пространственная близость функционально связанных генов не только делает биологические функции более компартментализированными и эффективными, но также будет способствовать складчатости и пространственной организации нуклеоида. Недавнее исследование с использованием флуоресцентных маркеров для обнаружения определенных локусов ДНК изучало попарные физические расстояния между семью оперонами рРНК, которые генетически отделены друг от друга (на целых два миллиона пар оснований). В нем сообщалось, что все опероны, за исключением rrn C, находились в физической близости. ^{[174] [175]} Удивительно, но исследования 3C-seq не выявили физической кластеризации оперонов rrn , что противоречит результатам исследования, основанного на флуоресценции. ^[126] Поэтому для разрешения этих противоречивых наблюдений требуются дальнейшие исследования. В другом примере GalR образует сеть взаимодействия участков связывания GalR, которые разбросаны по хромосоме. ^[176] GalR — это транскрипционный регулятор галактозного регулона, состоящий из генов, кодирующих ферменты для транспорта и метаболизма сахара D-галактозы. ^[177] GalR существует только в одном-двух фокусах в клетках ^[176] и может самоорганизовываться в большие упорядоченные структуры. ^[178] Поэтому, по-видимому, связанный с ДНК GalR мультимеризуется, образуя дальние взаимодействия. ^{[176] [178]}

Глобальная форма и структура

Обычная просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ) химически фиксированных клеток E. coli изобразила нуклеоид как органеллу неправильной формы . Однако широкопольная флуоресцентная визуализация живых нуклеоидов в 3D выявила дискретную эллипсоидную форму. ^{[3] [14] [15]} Наложение фазово-контрастного изображения клетки и флуоресцентного изображения нуклеоида показало близкое сопоставление только в радиальном измерении по всей длине нуклеоида к периферии клетки. Это открытие указывает на радиальное ограничение нуклеоида. ^[13] Детальное изучение 3D флуоресцентного изображения после поперечного сечения перпендикулярно его длинной оси дополнительно выявило две глобальные особенности нуклеоида: кривизну и продольные области высокой плотности. Изучение хиральности центральной линии нуклеоида путем соединения центра интенсивности каждого поперечного сечения показало, что общая форма нуклеоида изогнута. ^[15] Распределение интенсивности флуоресценции в поперечных сечениях выявило субструктуру плотности, состоящую из изогнутых областей или пучков высокой плотности в центральном ядре и областей низкой плотности на периферии. ^{[13] [14]} Одним из следствий радиального ограничения является то, что оно определяет изогнутую форму нуклеоида. Согласно одной модели, нуклеоид вынужден изгибаться, поскольку он заключен в цилиндрическую клетку E. coli , радиус которой меньше его изгибаемой длины (длины персистенции). ^[13] Эта модель была подкреплена наблюдениями, что удаление клеточной стенки или ингибирование синтеза клеточной стенки увеличивало радиус клетки и приводило к сопутствующему увеличению радиуса спирали и уменьшению шага спирали в нуклеоиде. ^[13]

Нуклеоид как спиральный эллипсоид с продольными участками ДНК высокой плотности A. Рисунок клетки E. coli с изогнутым нуклеоидом (темно-серый). Изогнутый путь центроида, обозначенный красными и зелеными точками, подчеркивает изогнутую форму нуклеоида ^[13] B. Поперечное сечение нуклеоида E. coli , визуализированное с помощью HU-mCherry. Интенсивность флуоресценции принимается в качестве показателя плотности ДНК и представлена ​​синим и красным в порядке возрастания. ^[14]

Нуклеоидно-мембранные связи

Сила расширения, вызванная связями ДНК-мембрана, по-видимому, действует в противовес силам конденсации, поддерживая оптимальный уровень конденсации нуклеоида. Исследования клеточного фракционирования и электронной микроскопии впервые указали на возможность связей ДНК-мембрана. ^{[179] [180]} В настоящее время известно несколько примеров связей ДНК-мембрана. Трансляция — это механизм одновременной транскрипции, трансляции и вставки зарождающихся мембранных белков, который образует временные контакты ДНК-мембрана. ^[181] Было показано, что трансляция двух мембранных белков LacY и TetA вызывает перемещение хромосомных локусов по направлению к мембране. ^[182] Другой механизм связей нуклеоид-мембрана осуществляется через прямой контакт между закрепленными на мембране регуляторами транскрипции и их целевыми участками в хромосоме. Одним из примеров такого регулятора транскрипции в E. coli является CadC. CadC содержит периплазматический сенсорный домен и цитоплазматический домен связывания ДНК. Ощущение кислой среды его периплазматическим сенсорным доменом стимулирует активность связывания ДНК CadC, который затем активирует транскрипцию своих целевых генов. ^[183] ​​Мембранная локализация генов, регулируемая мембранно-закрепленным регулятором транскрипции, еще не продемонстрирована. Тем не менее, ожидается, что активация целевых генов в хромосоме этими регуляторами приведет к контакту нуклеоид-мембрана, хотя это будет динамический контакт. Помимо этих примеров, хромосома также специфически закреплена на клеточной мембране посредством белок-белкового взаимодействия между связанными с ДНК белками, например, SlmA и MatP, и дивисомой . ^{[184] [185]} Поскольку гены, кодирующие мембранный белок, распределены по всему геному, динамические контакты ДНК-мембрана посредством трансерции могут действовать как сила расширения нуклеоида. Эта сила расширения будет действовать в противовес силам конденсации для поддержания оптимального уровня конденсации. Образование высококонденсированных нуклеоидов при воздействии на клетки E. coli хлорамфеникола, который блокирует трансляцию, подтверждает силу расширения временных контактов ДНК-мембраны, образованных посредством транспозиции. ^{[186] [187]} Круглая форма чрезмерно конденсированных нуклеоидов после обработки хлорамфениколом также предполагает роль контактов ДНК-мембраны, опосредованных транспозицией, в определении эллипсоидной формы нуклеоида. ^[187]

Визуализация

Нуклеоид можно четко визуализировать на электронной микрофотографии при очень большом увеличении , где, хотя его внешний вид может отличаться, он четко виден на фоне цитозоля . ^[188] Иногда видны даже нити того, что считается ДНК . При окрашивании красителем Фельгена , который специфически окрашивает ДНК, нуклеоид можно также увидеть под световым микроскопом . ^[189] ДНК -интеркалирующие красители DAPI и бромистый этидий широко используются для флуоресцентной микроскопии нуклеоидов. Он имеет неправильную форму и встречается в прокариотических клетках. ^{[13] [14]}

Повреждение ДНК и восстановление

Изменения в структуре нуклеоида бактерий и архей наблюдаются после воздействия условий, повреждающих ДНК. Нуклеоиды бактерий Bacillus subtilis и Escherichia coli становятся значительно более компактными после УФ-облучения. ^{[190] [191]} Формирование компактной структуры в E. coli требует активации RecA посредством специфических взаимодействий RecA-ДНК. ^[192] Белок RecA играет ключевую роль в гомологичной рекомбинационной репарации повреждений ДНК.

Подобно B. subtilis и E. coli выше, воздействие на архею Haloferax volcanii стрессов, которые повреждают ДНК, вызывает уплотнение и реорганизацию нуклеоида. ^[193] Уплотнение зависит от комплекса белков Mre11-Rad50, который катализирует ранний этап гомологичной рекомбинационной репарации двухцепочечных разрывов ДНК. Было высказано предположение, что уплотнение нуклеоида является частью ответа на повреждение ДНК, который ускоряет восстановление клеток, помогая белкам репарации ДНК находить цели и облегчая поиск неповрежденных последовательностей ДНК во время гомологичной рекомбинации. ^[193]

Смотрите также

• Плазмида
• Гомологичная рекомбинация
• восстановление ДНК

Ссылки

Эта статья была адаптирована из следующего источника по лицензии CC BY 4.0 (2019) (отчеты рецензентов): Subhash Verma; Zhong Qian; Sankar L Adhya (декабрь 2019 г.). «Архитектура нуклеоида Escherichia coli». PLOS Genetics . 15 (12): e1008456. doi : 10.1371/JOURNAL.PGEN.1008456 . ISSN  1553-7390. PMC 6907758.  PMID 31830036.  Wikidata Q84825966  .

1. Thanbichler M, Wang SC, Shapiro L (октябрь 2005 г.). «Бактериальный нуклеоид: высокоорганизованная и динамическая структура». Журнал клеточной биохимии . 96 (3): 506–21. doi : 10.1002/jcb.20519 . PMID  15988757.
2. Dame RT, Tark-Dame M (июнь 2016 г.). «Бактериальный хроматин: сходящиеся взгляды на разных масштабах». Current Opinion in Cell Biology . 40 : 60–65. doi :10.1016/j.ceb.2016.02.015. PMID  26942688.
3. Kleckner N, Fisher JK, Stouf M, White MA, Bates D, Witz G (декабрь 2014 г.). «Бактериальный нуклеоид: природа, динамика и сестринская сегрегация». Current Opinion in Microbiology . 22 : 127–37. doi : 10.1016 /j.mib.2014.10.001. PMC 4359759. PMID  25460806. 
4. Bloomfield VA (1997). «Конденсация ДНК многовалентными катионами». Биополимеры . 44 (3): 269–82. doi :10.1002/(SICI)1097-0282(1997)44:3<269::AID-BIP6>3.0.CO;2-T. PMID  9591479.
5. Trun NJ, Marko JF (1998). "Архитектура бактериальной хромосомы" (PDF) . Новости Американского общества микробиологии . 64 (5): 276–283.
6. Суровцев, Иван В.; Якобс-Вагнер, Кристин (март 2018 г.). «Субклеточная организация: критическая особенность репликации бактериальных клеток». Cell . 172 (6): 1271–1293. doi :10.1016/j.cell.2018.01.014. PMC 5870143 . PMID  29522747. 
7. Stonington OG, Pettijohn DE (январь 1971). "Свернутый геном Escherichia coli, изолированный в комплексе белок-ДНК-РНК". Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 68 (1): 6–9. Bibcode :1971PNAS...68....6S. doi : 10.1073/pnas.68.1.6 . PMC 391088 . PMID  4924971. 
8. Worcel A, Burgi E (ноябрь 1972 г.). «О структуре складчатой ​​хромосомы Escherichia coli». Журнал молекулярной биологии . 71 (2): 127–47. doi :10.1016/0022-2836(72)90342-7. PMID  4564477.
9. Кано Ю, Гошима Н, Вада М, Имамото Ф (1989). «Участие продукта гена hup в репликативной транспозиции фага Mu в Escherichia coli». Джин . 76 (2): 353–8. дои : 10.1016/0378-1119(89)90175-3. ПМИД  2666261.
10. Огура Т., Ники Х., Кано Ю., Имамото Ф., Хирага С. (январь 1990 г.). «Поддержание плазмид в мутантах HU и IHF Escherichia coli». Молекулярная и общая генетика . 220 (2): 197–203. дои : 10.1007/bf00260482. PMID  2183003. S2CID  10701528.
11. Hwang DS, Kornberg A (ноябрь 1992 г.). «Открытие начала репликации Escherichia coli белком DnaA с белком HU или IHF». Журнал биологической химии . 267 (32): 23083–6. doi : 10.1016/S0021-9258(18)50059-4 . PMID  1429655.
12. Валенс М, Пено С, Россиньоль М, Корне Ф, Боккар Ф (октябрь 2004 г.). «Макродоменная организация хромосомы Escherichia coli». Журнал ЭМБО . 23 (21): 4330–41. дои : 10.1038/sj.emboj.7600434. ПМК 524398 . ПМИД  15470498. 
13. Фишер Дж. К., Бурникель А., Витц Г., Вайнер Б., Прентисс М., Клекнер Н. (май 2013 г.). «Четырехмерная визуализация организации и динамики нуклеоидов E. coli в живых клетках». Cell . 153 (4): 882–95. doi :10.1016/j.cell.2013.04.006. PMC 3670778 . PMID  23623305. 
14. Le Gall A, Cattoni DI, Guilhas B, Mathieu-Demazière C, Oudjedi L, Fiche JB и др. (июль 2016 г.). «Бактериальные перегородочные комплексы разделяются внутри объема нуклеоида». Природные коммуникации . 7 : 12107. Бибкод : 2016NatCo...712107L. doi : 10.1038/ncomms12107. ПМЦ 4935973 . ПМИД  27377966. 
15. Хадизаде Язди Н., Гет СС, Джонсон РК, Марко ДЖ.Ф. (декабрь 2012 г.). «Изменение складчатости и динамики хромосомы Escherichia coli в зависимости от условий роста». Молекулярная микробиология . 86 (6): 1318–33. doi :10.1111/mmi.12071. PMC 3524407. PMID  23078205 . 
16. Olins AL, Olins DE (январь 1974). "Сфероидные хроматиновые единицы (v-тела)". Science . 183 (4122): 330–2. Bibcode :1974Sci...183..330O. doi :10.1126/science.183.4122.330. PMID  4128918. S2CID  83480762.
17. Luger K, Mäder AW, Richmond RK, Sargent DF, Richmond TJ (сентябрь 1997 г.). «Кристаллическая структура частицы ядра нуклеосомы при разрешении 2,8 А». Nature . 389 (6648): 251–60. Bibcode :1997Natur.389..251L. doi :10.1038/38444. PMID  9305837. S2CID  4328827.
18. Khorasanizadeh S (январь 2004 г.). «Нуклеосома: от геномной организации к геномной регуляции». Cell . 116 (2): 259–72. doi : 10.1016/s0092-8674(04)00044-3 . PMID  14744436. S2CID  15504162.
19. Талукдер А., Ишихама А. (сентябрь 2015 г.). «Изменения структуры и белкового состава нуклеоида в Escherichia coli, зависящие от фазы роста». Science China Life Sciences . 58 (9): 902–11. doi : 10.1007/s11427-015-4898-0 . PMID  26208826.
20. Azam TA, Ishihama A (ноябрь 1999). «Двенадцать видов нуклеоид-ассоциированного белка из Escherichia coli. Специфичность распознавания последовательности и сродство связывания ДНК». Журнал биологической химии . 274 (46): 33105–13. doi : 10.1074/jbc.274.46.33105 . PMID  10551881. S2CID  9807664.
21. Али Азам Т, Ивата А, Нисимура А, Уэда С, Исихама А (октябрь 1999 г.). «Зависимые от фазы роста изменения белкового состава нуклеоида Escherichia coli». Журнал бактериологии . 181 (20): 6361–70. дои : 10.1128/JB.181.20.6361-6370.1999. ПМЦ 103771 . ПМИД  10515926. 
22. Swinger KK, Lemberg KM, Zhang Y, Rice PA (июль 2003 г.). «Гибкое изгибание ДНК в сокристаллических структурах HU-ДНК». The EMBO Journal . 22 (14): 3749–60. doi :10.1093/emboj/cdg351. PMC 165621. PMID  12853489 . 
23. Guo F, Adhya S (март 2007 г.). «Спиральная структура Escherichia coli HUalphabeta обеспечивает основу для суперспирализации ДНК». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 104 (11): 4309–14. Bibcode : 2007PNAS..104.4309G . doi : 10.1073/pnas.0611686104 . PMC 1838598. PMID  17360520. 
24. Pinson V, Takahashi M, Rouviere-Yaniv J (апрель 1999 г.). «Дифференциальное связывание Escherichia coli HU, гомодимерных форм и гетеродимерных форм с линейной, щелевидной и крестообразной ДНК». Журнал молекулярной биологии . 287 (3): 485–97. doi :10.1006/jmbi.1999.2631. PMID  10092454.
25. Craig NL, Nash HA (декабрь 1984 г.). «Фактор хозяина интеграции E. coli связывается со специфическими сайтами в ДНК». Cell . 39 (3 Pt 2): 707–16. doi :10.1016/0092-8674(84)90478-1. PMID  6096022. S2CID  26758055.
26. Ou HD, Phan S, Deerinck TJ, Thor A, Ellisman MH, O'Shea CC (июль 2017 г.). "ChromEMT: Визуализация трехмерной структуры хроматина и уплотнения в интерфазных и митотических клетках". Science . 357 (6349): eaag0025. doi :10.1126/science.aag0025. PMC 5646685 . PMID  28751582. 
27. Lang B, Blot N, Bouffartigues E, Buckle M, Geertz M, Gualerzi CO и др. (сентябрь 2007 г.). «Высокоаффинные сайты связывания ДНК для H-NS обеспечивают молекулярную основу для селективного подавления в геномах протеобактерий». Nucleic Acids Research . 35 (18): 6330–7. doi :10.1093/nar/gkm712. PMC 2094087 . PMID  17881364. 
28. Gulvady R, Gao Y, Kenney LJ, Yan J (ноябрь 2018 г.). «Анализ одной молекулы H-NS разделяет аффинность связывания ДНК и специфичность ДНК». Nucleic Acids Research . 46 (19): 10216–10224. doi :10.1093/nar/gky826. PMC 6212787. PMID  30239908 . 
29. Shao Y, Feldman-Cohen LS, Osuna R (февраль 2008 г.). "Функциональная характеристика последовательности связывания Fis-ДНК Escherichia coli". Журнал молекулярной биологии . 376 (3): 771–85. doi :10.1016/j.jmb.2007.11.101. PMC 2292415. PMID  18178221 . 
30. Stella S, Cascio D, Johnson RC (апрель 2010 г.). «Форма малой бороздки ДНК направляет связывание с помощью изгибающего ДНК белка Fis». Genes & Development . 24 (8): 814–26. doi :10.1101/gad.1900610. PMC 2854395. PMID 20395367  . 
31. Narayan K, Subramaniam S (ноябрь 2015 г.). «Сфокусированные ионные пучки в биологии». Nature Methods . 12 (11): 1021–31. doi :10.1038/nmeth.3623. PMC 6993138. PMID  26513553 . 
32. Mercier R, Petit MA, Schbath S , Robin S, El Karoui M, Boccard F, Espéli O (октябрь 2008 г.). «Система MatP/matS, специфичная для сайта, организует терминальную область хромосомы E. coli в макродомен» (PDF) . Cell . 135 (3): 475–85. doi :10.1016/j.cell.2008.08.031. PMID  18984159. S2CID  3582710.
33. Rouvière-Yaniv J, Gros F (сентябрь 1975 г.). «Характеристика нового низкомолекулярного ДНК-связывающего белка из Escherichia coli». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 72 (9): 3428–32. Bibcode : 1975PNAS...72.3428R. doi : 10.1073 /pnas.72.9.3428 . PMC 433007. PMID  1103148. 
34. Сурьянараяна Т, Субраманиан, Арканзас (сентябрь 1978 г.). «Специфическая ассоциация двух гомологичных ДНК-связывающих белков с нативными 30-S рибосомальными субъединицами Escherichia coli». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Нуклеиновые кислоты и синтез белка . 520 (2): 342–57. дои : 10.1016/0005-2787(78)90232-0. ПМИД  213117.
35. Mende L, Timm B, Subramanian R (декабрь 1978 г.). «Первичные структуры двух гомологичных рибосомо-ассоциированных ДНК-связывающих белков Escherichia coli». FEBS Letters . 96 (2): 395–8. Bibcode : 1978FEBSL..96..395M. doi : 10.1016/0014-5793(78)80446-3 . PMID  215461. S2CID  39245157.
36. Megraw TL, Chae CB (июнь 1993 г.). «Функциональная комплементарность между HMG1-подобным дрожжевым митохондриальным гистоном HM и бактериальным гистон-подобным белком HU». Журнал биологической химии . 268 (17): 12758–63. doi : 10.1016/S0021-9258(18)31453-4 . PMID  8509411.
37. Paull TT, Johnson RC (апрель 1995 г.). «Петлеобразование ДНК белками группы высокой подвижности Saccharomyces cerevisiae NHP6A/B. Последствия для сборки нуклеопротеинового комплекса и конденсации хроматина». Журнал биологической химии . 270 (15): 8744–54. doi : 10.1074/jbc.270.15.8744 . PMID  7721780.
38. Камашев Д., Рувьер-Янив Дж. (декабрь 2000 г.). «Подобный гистону белок HU специфически связывается с промежуточными продуктами рекомбинации и восстановления ДНК». Журнал EMBO . 19 (23): 6527–35. doi :10.1093/emboj/19.23.6527. PMC 305869. PMID  11101525 . 
39. Shindo H, Furubayashi A, Shimizu M, Miyake M, Imamoto F (апрель 1992 г.). «Предпочтительное связывание гистон-подобного белка E.coli HU alpha с отрицательно суперспирализованной ДНК». Nucleic Acids Research . 20 (7): 1553–8. doi :10.1093/nar/20.7.1553. PMC 312237. PMID 1579448  . 
40. Pontiggia A, Negri A, Beltrame M, Bianchi ME (февраль 1993 г.). «Белок HU специфически связывается с изогнутой ДНК». Молекулярная микробиология . 7 (3): 343–50. doi :10.1111/j.1365-2958.1993.tb01126.x. PMID  8459763. S2CID  39362449.
41. Боннефой Э., Такахаши М., Янив-младший (сентябрь 1994 г.). «Параметры ДНК-связывания белка HU Escherichia coli с крестообразной ДНК». Журнал молекулярной биологии . 242 (2): 116–29. дои : 10.1006/jmbi.1994.1563. ПМИД  8089835.
42. Castaing B, Zelwer C, Laval J, Boiteux S (апрель 1995 г.). «HU-белок Escherichia coli специфически связывается с ДНК, содержащей одноцепочечные разрывы или пробелы». Журнал биологической химии . 270 (17): 10291–6. doi : 10.1074/jbc.270.17.10291 . PMID  7730334.
43. Любченко Ю. Л., Шляхтенко Л. С., Аки Т., Адхья С. (февраль 1997 г.). «Демонстрация образования петель ДНК с помощью атомно-силового микроскопа с помощью GalR и HU». Nucleic Acids Research . 25 (4): 873–6. doi :10.1093/nar/25.4.873. PMC 146491. PMID  9016640 . 
44. Swinger KK, Rice PA (январь 2007). «Анализ связывания HU-ДНК на основе структуры». Журнал молекулярной биологии . 365 (4): 1005–16. doi :10.1016/j.jmb.2006.10.024. PMC 1945228. PMID  17097674 . 
45. Hammel M, Amlanjyoti D, Reyes FE, Chen JH, Parpana R, Tang HY и др. (июль 2016 г.). "Сдвиг мультимеризации HU контролирует уплотнение нуклеоида". Science Advances . 2 (7): e1600650. Bibcode :2016SciA....2E0650H. doi :10.1126/sciadv.1600650. PMC 4966879 . PMID  27482541. 
46. Prieto AI, Kahramanoglou C, Ali RM, Fraser GM, Seshasayee AS, Luscombe NM (апрель 2012 г.). «Геномный анализ связывания ДНК и регуляции генов гомологичными нуклеоид-ассоциированными белками IHF и HU в Escherichia coli K12». Nucleic Acids Research . 40 (8): 3524–37. doi :10.1093/nar/gkr1236. PMC 3333857. PMID  22180530 . 
47. Макванин М, Эдгар Р, Куи Ф, Тростел А, Журкин В, Адхья С (ноябрь 2012 г.). «Некодирующие РНК, связывающиеся с нуклеоидным белком HU в Escherichia coli». Журнал бактериологии . 194 (22): 6046–55. дои : 10.1128/JB.00961-12. ПМЦ 3486375 . ПМИД  22942248. 
48. van Noort J, Verbrugge S, Goosen N, Dekker C, Dame RT (май 2004 г.). «Двойные архитектурные роли HU: образование гибких шарниров и жестких нитей». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 101 (18): 6969–74. Bibcode : 2004PNAS..101.6969V. doi : 10.1073/pnas.0308230101 . PMC 406450. PMID  15118104 . 
49. Саркар Р., Рыбенков В.В. (2016-12-06). "Руководство по магнитным пинцетам и их применению". Frontiers in Physics . 4 : 48. Bibcode :2016FrP.....4...48S. doi : 10.3389/fphy.2016.00048 . S2CID  44183628.
50. Кахраманоглу С., Сешасаи А.С., Прието А.И., Ибберсон Д., Шмидт С., Циммерманн Дж. и др. (март 2011 г.). «Прямое и косвенное влияние H-NS и Fis на глобальный контроль экспрессии генов в Escherichia coli». Исследования нуклеиновых кислот . 39 (6): 2073–91. дои : 10.1093/nar/gkq934. ПМК 3064808 . ПМИД  21097887. 
51. Rice PA, Yang S, Mizuuchi K, Nash HA (декабрь 1996 г.). «Кристаллическая структура комплекса IHF-ДНК: разворот ДНК, вызванный белком». Cell . 87 (7): 1295–306. doi : 10.1016/s0092-8674(00)81824-3 . PMID  8980235. S2CID  9291279.
52. Murtin C, Engelhorn M, Geiselmann J, Boccard F (декабрь 1998 г.). «Количественный анализ УФ-лазерного футпринтинга взаимодействия IHF со специфическими сайтами связывания: переоценка эффективной концентрации IHF в клетке». Журнал молекулярной биологии . 284 (4): 949–61. doi :10.1006/jmbi.1998.2256. PMID  9837718.
53. Ditto MD, Roberts D, Weisberg RA (июнь 1994). «Изменение уровня фактора интеграции хозяина в фазе роста Escherichia coli». Журнал бактериологии . 176 (12): 3738–48. doi :10.1128/jb.176.12.3738-3748.1994. PMC 205563. PMID  8206852 . 
54. Lin J, Chen H, Dröge P, Yan J (2012). "Физическая организация ДНК с помощью множественных неспецифических режимов связывания ДНК интеграционного фактора хозяина (IHF)". PLOS ONE . ​​7 (11): e49885. Bibcode :2012PLoSO...749885L. doi : 10.1371/journal.pone.0049885 . PMC 3498176 . PMID  23166787. 
55. Jacquet M, Cukier-Kahn R, Pla J, Gros F (декабрь 1971 г.). «Термостабильный белковый фактор, действующий на транскрипцию ДНК in vitro». Biochemical and Biophysical Research Communications . 45 (6): 1597–607. doi :10.1016/0006-291x(71)90204-x. PMID  4942735.
56. Cukier-Kahn R, Jacquet M, Gros F (декабрь 1972 г.). «Два термоустойчивых белка с низкой молекулярной массой из Escherichia coli, которые стимулируют синтез РНК, направленный на ДНК». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 69 (12): 3643–7. Bibcode : 1972PNAS...69.3643C. doi : 10.1073/pnas.69.12.3643 . PMC 389839. PMID  4566454 . 
57. Спасский А, Бук ХК (ноябрь 1977). «Физико-химические свойства ДНК-связывающего белка: фактор H1 Escherichia coli». Европейский журнал биохимии . 81 (1): 79–90. doi : 10.1111/j.1432-1033.1977.tb11929.x . PMID  338303.
58. Варшавский А. Дж., Недоспасов СА, Бакаев В. В., Бакаева Т. Г., Георгиев Г. П. (август 1977 г.). «Гистоноподобные белки в очищенном дезоксирибонуклеопротеине Escherichia coli». Nucleic Acids Research . 4 (8): 2725–45. doi :10.1093/nar/4.8.2725. PMC 342604. PMID  333393 . 
59. Falconi M, Gualtieri MT, La Teana A, Losso MA, Pon CL (май 1988). «Белки из прокариотического нуклеоида: первичная и четвертичная структура 15-кДа ДНК-связывающего белка Escherichia coli H-NS». Молекулярная микробиология . 2 (3): 323–9. doi :10.1111/j.1365-2958.1988.tb00035.x. PMID  3135462. S2CID  36215353.
60. Ueguchi C, Suzuki T, Yoshida T, Tanaka K, Mizuno T (октябрь 1996 г.). «Систематический мутационный анализ, раскрывающий организацию функционального домена нуклеоидного белка H-NS Escherichia coli». Журнал молекулярной биологии . 263 (2): 149–62. doi :10.1006/jmbi.1996.0566. PMID  8913298.
61. Rimsky S, Zuber F, Buckle M, Buc H (декабрь 2001 г.). «Молекулярный механизм подавления транскрипции белком H-NS». Молекулярная микробиология . 42 (5): 1311–23. doi : 10.1046/j.1365-2958.2001.02706.x . PMID  11886561. S2CID  32623528.
62. Bouffartigues E, Buckle M, Badaut C, Travers A, Rimsky S (май 2007 г.). «Кооперативное связывание H-NS с высокоаффинными сайтами в регуляторном элементе приводит к транскрипционному подавлению». Nature Structural & Molecular Biology . 14 (5): 441–8. doi :10.1038/nsmb1233. PMID  17435766. S2CID  43768346.
63. Dame RT, Wyman C, Goosen N (сентябрь 2000 г.). «H-NS-опосредованное уплотнение ДНК, визуализированное с помощью атомно-силовой микроскопии». Nucleic Acids Research . 28 (18): 3504–10. doi :10.1093/nar/28.18.3504. PMC 110753. PMID  10982869 . 
64. Amit R, Oppenheim AB, Stavans J (апрель 2003 г.). «Повышенная жесткость изгиба отдельных молекул ДНК с помощью H-NS, датчика температуры и осмолярности». Biophysical Journal . 84 (4): 2467–73. Bibcode :2003BpJ....84.2467A. doi :10.1016/S0006-3495(03)75051-6. PMC 1302812 . PMID  12668454. 
65. Dame RT, Noom MC, Wuite GJ (ноябрь 2006 г.). «Организация бактериального хроматина белком H-NS, раскрытая с помощью двойной манипуляции ДНК». Nature . 444 (7117): 387–90. Bibcode :2006Natur.444..387D. doi :10.1038/nature05283. PMID  17108966. S2CID  4314858.
66. Liu Y, Chen H, Kenney LJ, Yan J (февраль 2010 г.). «Двухвалентный переключатель управляет конформациями связывания H-NS/ДНК между режимами жесткости и мостиковой связи». Genes & Development . 24 (4): 339–44. doi :10.1101/gad.1883510. PMC 2816733 . PMID  20159954. 
67. van der Valk RA, Vreede J, Qin L, Moolenaar GF, Hofmann A, Goosen N, Dame RT (сентябрь 2017 г.). «Механизм конформационных изменений, обусловленных окружающей средой, которые модулируют активность ДНК-мостика H-NS». eLife . 6 . doi : 10.7554/eLife.27369 . PMC 5647153 . PMID  28949292. 
68. Ямада Х., Мурамацу С., Мизуно Т. (сентябрь 1990 г.). «Белок Escherichia coli, который преимущественно связывается с резко изогнутой ДНК». Журнал биохимии . 108 (3): 420–5. doi :10.1093/oxfordjournals.jbchem.a123216. PMID  2126011.
69. Martin-Orozco N, Touret N, Zaharik ML, Park E, Kopelman R, Miller S и др. (январь 2006 г.). «Визуализация транскрипции генов патогенов внутри макрофагов, вызванной вакуолярным закислением». Молекулярная биология клетки . 17 (1): 498–510. doi :10.1091/mbc.e04-12-1096. PMC 1345685. PMID  16251362 . 
70. Winardhi RS, Yan J, Kenney LJ (октябрь 2015 г.). «H-NS регулирует экспрессию генов и уплотняет нуклеоид: выводы из экспериментов с одной молекулой». Biophysical Journal . 109 (7): 1321–9. Bibcode :2015BpJ...109.1321W. doi :10.1016/j.bpj.2015.08.016. PMC 4601063 . PMID  26445432. 
71. Walthers D, Li Y, Liu Y, Anand G, Yan J, Kenney LJ (январь 2011 г.). «Регулятор ответа Salmonella enterica SsrB снимает подавление H-NS, замещая H-NS, связанный в режиме полимеризации, и напрямую активирует транскрипцию». Журнал биологической химии . 286 (3): 1895–902. doi : 10.1074/jbc.M110.164962 . PMC 3023485. PMID  21059643 . 
72. Gao Y, Foo YH, Winardhi RS, Tang Q, Yan J, Kenney LJ (ноябрь 2017 г.). «Заряженные остатки в линкере H-NS управляют связыванием ДНК и подавлением генов в отдельных клетках». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 114 (47): 12560–12565. Bibcode : 2017PNAS..11412560G. doi : 10.1073/pnas.1716721114 . PMC 5703333. PMID  29109287 . 
73. Hancock SP, Stella S, Cascio D, Johnson RC (2016). «Детерминанты последовательности ДНК, контролирующие сродство, стабильность и форму комплексов ДНК, связанных нуклеоидным белком Fis». PLOS ONE . 11 (3): e0150189. Bibcode : 2016PLoSO..1150189H. doi : 10.1371/journal.pone.0150189 . PMC 4784862. PMID  26959646 . 
74. Кострева Д., Гранзин Дж., Кох С., Чой Х.В., Рагунатан С., Вольф В. и др. (январь 1991 г.). «Трехмерная структура ДНК-связывающего белка FIS E. coli». Природа . 349 (6305): 178–80. Бибкод : 1991Natur.349..178K. дои : 10.1038/349178a0. PMID  1986310. S2CID  4318862.
75. Kostrewa D, Granzin J, Stock D, Choe HW, Labahn J, Saenger W (июль 1992 г.). «Кристаллическая структура фактора для инверсионной стимуляции FIS при разрешении 2,0 А». Журнал молекулярной биологии . 226 (1): 209–26. doi :10.1016/0022-2836(92)90134-6. PMID  1619650.
76. Cho BK, Knight EM, Barrett CL, Palsson BØ (июнь 2008 г.). «Геномный анализ связывания Fis в Escherichia coli указывает на причинную роль A-/AT-трактов». Genome Research . 18 (6): 900–10. doi :10.1101/gr.070276.107. PMC 2413157 . PMID  18340041. 
77. Travers A, Muskhelishvili G (июнь 1998). «ДНК-микропетли и микродомены: общий механизм активации транскрипции путем торсионной передачи». Журнал молекулярной биологии . 279 (5): 1027–43. doi :10.1006/jmbi.1998.1834. PMID  9642081.
78. Skoko D, Yan J, Johnson RC, Marko JF (ноябрь 2005 г.). «Конденсация ДНК с низкой силой и прерывистая деконденсация с высокой силой выявляют стабилизирующую петлю функцию белка Fis». Physical Review Letters . 95 (20): 208101. Bibcode :2005PhRvL..95t8101S. doi :10.1103/PhysRevLett.95.208101. PMID  16384101. S2CID  37405026.
79. Скоко Д., Ю Д., Бай Х., Шнурр Б., Ян Дж., МакЛеод С.М. и др. (декабрь 2006 г.). «Механизм уплотнения хромосом и образования петель нуклеоидным белком Fis Escherichia coli». Журнал молекулярной биологии . 364 (4): 777–98. дои : 10.1016/j.jmb.2006.09.043. ЧВК 1988847 . ПМИД  17045294. 
80. Джонсон RC, Саймон MI (июль 1985). «Hin-опосредованная сайт-специфическая рекомбинация требует двух сайтов рекомбинации по 26 п.н. и рекомбинационного энхансера по 60 п.н.». Cell . 41 (3): 781–91. doi :10.1016/s0092-8674(85)80059-3. PMID  2988787. S2CID  34572809.
81. Kahmann R, Rudt F, Koch C, Mertens G (июль 1985 г.). «Инверсия G в ДНК бактериофага Mu стимулируется сайтом в гене инвертазы и фактором хозяина». Cell . 41 (3): 771–80. doi : 10.1016/S0092-8674(85)80058-1 . PMID  3159478.
82. Pettijohn DE, Hecht R (1974). «Молекулы РНК, связанные со сложенным бактериальным геномом, стабилизируют складки ДНК и разделяют домены суперспирализации». Симпозиумы Cold Spring Harbor по количественной биологии . 38 : 31–41. doi :10.1101/sqb.1974.038.01.006. PMID  4598638.
83. Ohniwa RL, Morikawa K, Takeshita SL, Kim J, Ohta T, Wada C, Takeyasu K (октябрь 2007 г.). «Транскрипционно-связанная архитектура нуклеоида у бактерий». Genes to Cells . 12 (10): 1141–52. doi : 10.1111/j.1365-2443.2007.01125.x . PMID  17903174.
84. Баландина А, Камашев Д, Рувьер-Янив Дж (август 2002 г.). «Бактериальный гистон-подобный белок HU специфически распознает схожие структуры во всех нуклеиновых кислотах. ДНК, РНК и их гибриды». Журнал биологической химии . 277 (31): 27622–8. doi : 10.1074/jbc.M201978200 . PMID  12006568.
85. Баландина А, Кларет Л, Хенгге-Аронис Р, Рувьер-Янив Дж (февраль 2001 г.). «Гистоноподобный белок HU Escherichia coli регулирует трансляцию rpoS». Молекулярная микробиология . 39 (4): 1069–79. дои : 10.1046/j.1365-2958.2001.02305.x . ПМИД  11251825.
86. Qian Z, Macvanin M, Dimitriadis EK, He X, Zhurkin V, Adhya S (август 2015 г.). "Новая некодирующая РНК организует бактериальную хромосомную организацию". mBio . 6 (4): e00998-15. doi :10.1128/mBio.00998-15. PMC 4550694 . PMID  26307168. 
87. Qian Z, Zhurkin VB, Adhya S (ноябрь 2017 г.). "Escherichia coli". Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 114 (46): 12225–12230. doi : 10.1073/pnas.1711285114 . PMC 5699063. PMID  29087325 . 
88. Bauer WR, Crick FH, White JH (июль 1980). «Суперспиральная ДНК». Scientific American . 243 (1): 100–13. PMID  6256851.
89. "Связующий коэффициент". www.encyclopediaofmath.org . Энциклопедия математики . Получено 22.02.2020 .
90. Bates AD, Maxwell A (2005). Топология ДНК (2-е изд.). Оксфорд: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-856709-7. OCLC  56793994.
91. Вологодский, Александр Вадимович. (1992). Топология и физика кольцевой ДНК . ЦРК Пресс. ISBN 0-8493-4228-7. OCLC  635611152.
92. Sinden RR (2006). Структура и функция ДНК . Elsevier. ISBN 978-0-12-645750-6. OCLC  698461259.
93. Sinden RR, Carlson JO, Pettijohn DE (октябрь 1980 г.). «Натяжение кручения в двойной спирали ДНК, измеренное с помощью триметилпсоралена в живых клетках E. coli: аналогичные измерения в клетках насекомых и человека». Cell . 21 (3): 773–83. doi :10.1016/0092-8674(80)90440-7. PMID  6254668. S2CID  2503376.
94. Гриффит Дж. Д. (февраль 1976 г.). «Визуализация прокариотической ДНК в регулярно конденсированном хроматин-подобном волокне». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 73 (2): 563–7. Bibcode : 1976PNAS...73..563G. doi : 10.1073/pnas.73.2.563 . PMC 335950. PMID  1108025 . 
95. Postow L, Hardy CD, Arsuaga J, Cozzarelli NR (июль 2004 г.). «Топологическая структура домена хромосомы Escherichia coli». Genes & Development . 18 (14): 1766–79. doi :10.1101/gad.1207504. PMC 478196. PMID  15256503 . 
96. Bliska JB, Cozzarelli NR (март 1987). «Использование сайт-специфической рекомбинации в качестве зонда структуры ДНК и метаболизма in vivo». Журнал молекулярной биологии . 194 (2): 205–18. doi :10.1016/0022-2836(87)90369-x. PMID  3039150.
97. Холмс В.Ф., Коццарелли Н.Р. (февраль 2000 г.). «Замыкание кольца: связи между белками SMC и разделением хромосом, конденсацией и суперспирализацией». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 97 (4): 1322–4. Bibcode : 2000PNAS...97.1322H. doi : 10.1073/pnas.040576797 . PMC 34294. PMID  10677457 . 
98. Champoux JJ (2001). «ДНК-топоизомеразы: структура, функция и механизм». Annual Review of Biochemistry . 70 : 369–413. doi :10.1146/annurev.biochem.70.1.369. PMID  11395412. S2CID  18144189.
99. Геллерт М., Мизуучи К., О'Ди М.Х., Нэш Х.А. (ноябрь 1976 г.). «ДНК-гираза: фермент, который вводит суперспиральные повороты в ДНК». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 73 (11): 3872–6. Bibcode : 1976PNAS...73.3872G. doi : 10.1073 /pnas.73.11.3872 . PMC 431247. PMID  186775. 
100. Depew RE, Liu LF , Wang JC (январь 1978). «Взаимодействие между ДНК и омега-белком Escherichia coli. Образование комплекса между одноцепочечной ДНК и омега-белком». Журнал биологической химии . 253 (2): 511–8. doi : 10.1016/S0021-9258(17)38239-X . PMID  338610.
101. Kirkegaard K, Wang JC (октябрь 1978 г.). «Топоизомераза ДНК Escherichia coli I катализирует связывание одноцепочечных колец комплементарных последовательностей оснований». Nucleic Acids Research . 5 (10): 3811–20. doi :10.1093/nar/5.10.3811. PMC 342711 . PMID  214763. 
102. Raji A, Zabel DJ, Laufer CS, Depew RE (июнь 1985 г.). «Генетический анализ мутаций, компенсирующих потерю топоизомеразы I ДНК Escherichia coli». Журнал бактериологии . 162 (3): 1173–9. doi :10.1128/JB.162.3.1173-1179.1985. PMC 215900. PMID  2987184 . 
103. Дин Ф., Краснов МА, Оттер Р., Мацук М.М., Шпенглер С.Дж., Коццарелли Н.Р. (1983). «Топоизомеразы Escherichia coli типа 1: идентификация, механизм и роль в рекомбинации». Симпозиумы по количественной биологии в Колд-Спринг-Харбор . 47 (2): 769–77. doi :10.1101/sqb.1983.047.01.088. PMID  6305585.
104. Zechiedrich EL, Khodursky AB, Bachellier S, Schneider R, Chen D, Lilley DM, Cozzarelli NR (март 2000). «Роль топоизомераз в поддержании стационарной суперспирализации ДНК в Escherichia coli». Журнал биологической химии . 275 (11): 8103–13. doi : 10.1074/jbc.275.11.8103 . PMID  10713132.
105. Kato J, Nishimura Y, Imamura R, Niki H, Hiraga S, Suzuki H (октябрь 1990 г.). «Новая топоизомераза, необходимая для сегрегации хромосом в E. coli». Cell . 63 (2): 393–404. doi :10.1016/0092-8674(90)90172-b. PMID  2170028. S2CID  42122316.
106. Liu LF, Wang JC (октябрь 1987 г.). «Суперспирализация шаблона ДНК во время транскрипции». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 84 (20): 7024–7. Bibcode : 1987PNAS...84.7024L. doi : 10.1073/pnas.84.20.7024 . PMC 299221. PMID  2823250 . 
107. Kouzine F, Liu J, Sanford S, Chung HJ, Levens D (ноябрь 2004 г.). «Динамическая реакция восходящей ДНК на транскрипционно-генерируемый крутильный стресс». Nature Structural & Molecular Biology . 11 (11): 1092–100. doi :10.1038/nsmb848. PMID  15502847. S2CID  28956216.
108. Rouvière-Yaniv J, Yaniv M, Germond JE (июнь 1979). "ДНК-связывающий белок E. coli HU образует нуклеосомоподобную структуру с кольцевой двухцепочечной ДНК". Cell . 17 (2): 265–74. doi :10.1016/0092-8674(79)90152-1. PMID  222478. S2CID  28092421.
109. Broyles SS, Pettijohn DE (январь 1986). «Взаимодействие белка Escherichia coli HU с ДНК. Доказательства образования структур, подобных нуклеосомам, с измененным шагом спирали ДНК». Журнал молекулярной биологии . 187 (1): 47–60. doi :10.1016/0022-2836(86)90405-5. PMID  3514923.
110. Кундукад Б., Конг П., ван дер Маарел-младший, Дойл П.С. (сентябрь 2013 г.). «Зависящая от времени жесткость изгиба и спиральное скручивание ДНК за счет перестройки связанного белка HU». Исследования нуклеиновых кислот . 41 (17): 8280–8. дои : 10.1093/нар/gkt593. ПМЦ 3783175 . ПМИД  23828037. 
111. Tupper AE, Owen-Hughes TA, Ussery DW, Santos DS, Ferguson DJ, Sidebotham JM и др. (январь 1994 г.). «Связанный с хроматином белок H-NS изменяет топологию ДНК in vitro». The EMBO Journal . 13 (1): 258–68. doi :10.1002/j.1460-2075.1994.tb06256.x. PMC 394800. PMID  8306968 . 
112. Schneider R, Lurz R, Lüder G, Tolksdorf C, Travers A, Muskhelishvili G (декабрь 2001 г.). «Архитектурная роль белка хроматина Escherichia coli FIS в организации ДНК». Nucleic Acids Research . 29 (24): 5107–14. doi :10.1093/nar/29.24.5107. PMC 97572. PMID  11812843 . 
113. Шнайдер Р., Трэверс А., Кутателадзе Т., Мусхелишвили Г. (декабрь 1999 г.). «Архитектурный белок ДНК связывает клеточную физиологию и топологию ДНК в Escherichia coli». Молекулярная микробиология . 34 (5): 953–64. doi : 10.1046/j.1365-2958.1999.01656.x . PMID  10594821.
114. Бенсаид А., Алмейда А., Дрлица К., Рувьер-Янив Дж. (февраль 1996 г.). «Перекрестная связь между топоизомеразой I и HU в Escherichia coli». Журнал молекулярной биологии . 256 (2): 292–300. дои : 10.1006/jmbi.1996.0086. ПМИД  8594197.
115. Малик М., Бенсаид А., Рувьер-Янив Дж., Дрлица К. (февраль 1996 г.). «Гистоноподобный белок HU и топология бактериальной ДНК: подавление дефицита HU за счет мутаций гиразы». Журнал молекулярной биологии . 256 (1): 66–76. дои : 10.1006/jmbi.1996.0068. ПМИД  8609614.
116. Marians KJ (июль 1987). "ДНК-гираза-катализируемая декатенация многосвязанных ДНК-димеров". Журнал биологической химии . 262 (21): 10362–8. doi : 10.1016/S0021-9258(18)61121-4 . PMID  3038875.
117. Sinden RR, Pettijohn DE (январь 1981). «Хромосомы в живых клетках Escherichia coli разделены на домены суперспирализации». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 78 (1): 224–8. Bibcode :1981PNAS...78..224S. doi : 10.1073/pnas.78.1.224 . PMC 319024 . PMID  6165987. 
118. Higgins NP, Yang X, Fu Q, Roth JR (май 1996). «Исследование домена суперспирали с использованием системы разрешения гамма-дельта в Salmonella typhimurium». Журнал бактериологии . 178 (10): 2825–35. doi :10.1128/jb.178.10.2825-2835.1996. PMC 178017. PMID  8631670 . 
119. Yan Y, Ding Y, Leng F, Dunlap D, Finzi L (май 2018). «Белково-опосредованные петли в суперспиральной ДНК создают большие топологические домены». Nucleic Acids Research . 46 (9): 4417–4424. doi :10.1093/nar/gky153. PMC 5961096. PMID  29538766 . 
120. Ленг Ф., Чен Б., Данлэп Д. Д. (декабрь 2011 г.). «Разделение суперспиральной молекулы ДНК на два независимых топологических домена». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 108 (50): 19973–8. Bibcode : 2011PNAS..10819973L . doi : 10.1073/pnas.1109854108 . PMC 3250177. PMID  22123985. 
121. Moulin L, Rahmouni AR, Boccard F (январь 2005 г.). «Топологические изоляторы ингибируют диффузию транскрипционно-индуцированных положительных супервитков в хромосоме Escherichia coli». Молекулярная микробиология . 55 (2): 601–10. doi : 10.1111/j.1365-2958.2004.04411.x . PMID  15659173.
122. Dimri GP, Rudd KE, Morgan MK, Bayat H, Ames GF (июль 1992 г.). «Физическое картирование повторяющихся экстрагенных палиндромных последовательностей в Escherichia coli и филогенетическое распределение среди штаммов Escherichia coli и других энтеробактерий». Журнал бактериологии . 174 (14): 4583–93. doi :10.1128/jb.174.14.4583-4593.1992. PMC 206253. PMID 1624447  . 
123. Deng S, Stein RA, Higgins NP (март 2004 г.). «Транскрипционно-индуцированные барьеры для диффузии суперспирали в хромосоме Salmonella typhimurium». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 101 (10): 3398–403. Bibcode : 2004PNAS..101.3398D. doi : 10.1073/pnas.0307550101 . PMC 373473. PMID 14993611  . 
124. Deng S, Stein RA, Higgins NP (сентябрь 2005 г.). «Организация доменов суперспирали и их реорганизация путем транскрипции». Молекулярная микробиология . 57 (6): 1511–21. doi :10.1111/j.1365-2958.2005.04796.x. PMC 1382059. PMID 16135220  . 
125. Букер Б.М., Дэн С., Хиггинс Н.П. (декабрь 2010 г.). «Топология ДНК высокотранскрибируемых оперонов в Salmonella enterica серовара Typhimurium». Молекулярная микробиология . 78 (6): 1348–64. doi : 10.1111/j.1365-2958.2010.07394.x . PMID  21143310.
126. Лиой В.С., Курнак А., Марбути М., Дуигу С., Моцциконаччи Дж., Эспели О. и др. (февраль 2018 г.). «Многомасштабное структурирование хромосомы E. coli с помощью нуклеоид-ассоциированных и конденсиновых белков». Клетка . 172 (4): 771–783.e18. дои : 10.1016/j.cell.2017.12.027 . ПМИД  29358050.
127. Альмирон М., Линк А.Дж., Фурлонг Д., Колтер Р. (декабрь 1992 г.). «Новый ДНК-связывающий белок с регуляторными и защитными функциями у голодающих Escherichia coli». Гены и развитие . 6 (12B): 2646–54. doi : 10.1101/gad.6.12b.2646 . PMID  1340475. S2CID  10308477.
128. Frenkiel-Krispin D, Ben-Avraham I, Englander J, Shimoni E, Wolf SG, Minsky A (январь 2004 г.). «Реструктуризация нуклеоидов у бактерий в стационарном состоянии». Молекулярная микробиология . 51 (2): 395–405. doi : 10.1046/j.1365-2958.2003.03855.x . PMID  14756781.
129. Ball CA, Osuna R, Ferguson KC, Johnson RC (декабрь 1992 г.). «Резкие изменения уровней Fis при повышении содержания питательных веществ в Escherichia coli». Журнал бактериологии . 174 (24): 8043–56. doi :10.1128/jb.174.24.8043-8056.1992. PMC 207543. PMID 1459953  . 
130. Кларет Л., Рувьер-Янив Дж. (октябрь 1997 г.). «Изменение состава HU во время роста Escherichia coli: гетеродимер необходим для долгосрочного выживания». Журнал молекулярной биологии . 273 (1): 93–104. doi :10.1006/jmbi.1997.1310. PMID  9367749.
131. Badrinarayanan A, Lesterlin C, Reyes-Lamothe R, Sherratt D (сентябрь 2012 г.). «Комплекс SMC Escherichia coli, MukBEF, формирует организацию нуклеоида независимо от репликации ДНК». Journal of Bacteriology . 194 (17): 4669–76. doi :10.1128/JB.00957-12. PMC 3415497 . PMID  22753058. 
132. Петрушенко ЗМ, Лай ЧХ, Рыбенков ВВ (ноябрь 2006 г.). "Антагонистические взаимодействия клейзинов и ДНК с бактериальным конденсином MukB". Журнал биологической химии . 281 (45): 34208–17. doi : 10.1074/jbc.M606723200 . PMC 1634889. PMID  16982609 . 
133. Lal A, Dhar A, Trostel A, Kouzine F, Seshasayee AS, Adhya S (март 2016 г.). "Геномные масштабные паттерны суперспирализации в бактериальной хромосоме". Nature Communications . 7 : 11055. Bibcode :2016NatCo...711055L. doi :10.1038/ncomms11055. PMC 4820846 . PMID  27025941. 
134. Kar S, Edgar R, Adhya S (ноябрь 2005 г.). «Ремоделирование нуклеоида измененным белком HU: реорганизация программы транскрипции». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 102 (45): 16397–402. Bibcode : 2005PNAS..10216397K. doi : 10.1073/pnas.0508032102 . PMC 1283455. PMID  16258062 . 
135. Lim CJ, Lee SY, Kenney LJ, Yan J (2012). «Формирование нуклеопротеиновых филаментов является структурной основой подавления гена бактериального белка H-NS». Scientific Reports . 2 : 509. Bibcode :2012NatSR...2E.509L. doi :10.1038/srep00509. PMC 3396134 . PMID  22798986. 
136. Aki T, Choy HE, Adhya S (февраль 1996 г.). «Гистоноподобный белок HU как специфический регулятор транскрипции: роль кофактора в подавлении транскрипции gal репрессором GAL». Genes to Cells . 1 (2): 179–88. doi : 10.1046/j.1365-2443.1996.d01-236.x . PMID  9140062.
137. Pagel JM, Winkelman JW, Adams CW, Hatfield GW (апрель 1992 г.). «Регуляция инициации транскрипции, опосредованная топологией ДНК, от тандемных промоторов оперона ilvGMEDA Escherichia coli». Журнал молекулярной биологии . 224 (4): 919–35. doi :10.1016/0022-2836(92)90460-2. PMID  1569580.
138. Parekh BS, Hatfield GW (февраль 1996). «Транскрипционная активация изгибанием ДНК, вызванным белком: доказательства структурной модели передачи ДНК». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 93 (3): 1173–7. Bibcode :1996PNAS...93.1173P. doi : 10.1073/pnas.93.3.1173 . PMC 40051 . PMID  8577735. 
139. Dorman CJ, Dorman MJ (сентябрь 2016 г.). «Суперспирализация ДНК — фундаментальный регуляторный принцип в контроле экспрессии бактериальных генов». Biophysical Reviews . 8 (3): 209–220. doi :10.1007/s12551-016-0205-y. PMC 5425793 . PMID  28510224. 
140. Chong S, Chen C, Ge H, Xie XS (июль 2014 г.). «Механизм транскрипционного взрыва у бактерий». Cell . 158 (2): 314–326. doi :10.1016/j.cell.2014.05.038. PMC 4105854 . PMID  25036631. 
141. Бергер М., Герганова В., Бергер П., Рапитеану Р., Лисиковас В., Добриндт У. (август 2016 г.). «Гены на проводе: ассоциированный с нуклеоидом белок HU изолирует транскрипционные единицы в Escherichia coli». Scientific Reports . 6 : 31512. Bibcode :2016NatSR...631512B. doi :10.1038/srep31512. PMC 4992867 . PMID  27545593. 
142. Коли П., Судан С., Фицджеральд Д., Адхья С., Кар С. (2011). «Превращение комменсальной Escherichia coli K-12 в инвазивную форму посредством экспрессии мутантного гистоноподобного белка». мБио . 2 (5). doi : 10.1128/mBio.00182-11. ПМК 3172693 . ПМИД  21896677. 
143. Kar S, Choi EJ, Guo F, Dimitriadis EK, Kotova SL, Adhya S (декабрь 2006 г.). «Правосторонняя суперспирализация ДНК октамерной формой гистон-подобного белка HU: модуляция клеточной транскрипции». Журнал биологической химии . 281 (52): 40144–53. doi : 10.1074/jbc.M605576200 . PMID  17062578.
144. Kar S, Choi EJ, Guo F, Dimitriadis EK, Kotova SL, Adhya S (декабрь 2006 г.). «Правосторонняя суперспирализация ДНК октамерной формой гистон-подобного белка HU: модуляция клеточной транскрипции». Журнал биологической химии . 281 (52): 40144–53. doi : 10.1074/jbc.M605576200 . PMID  17062578.
145. Uhlmann F (июль 2016 г.). «Комплексы SMC: от ДНК до хромосом». Nature Reviews Molecular Cell Biology . 17 (7): 399–412. doi :10.1038/nrm.2016.30. PMID  27075410. S2CID  20398243.
146. Dekker J, Rippe K, Dekker M, Kleckner N (февраль 2002 г.). «Захват конформации хромосомы». Science . 295 (5558): 1306–11. Bibcode :2002Sci...295.1306D. doi :10.1126/science.1067799. PMID  11847345. S2CID  3561891.
147. Lieberman-Aiden E, van Berkum NL, Williams L, Imakaev M, Ragoczy T, Telling A и др. (октябрь 2009 г.). «Комплексное картирование дальнодействующих взаимодействий раскрывает принципы складывания генома человека». Science . 326 (5950): 289–93. Bibcode :2009Sci...326..289L. doi :10.1126/science.1181369. PMC 2858594 . PMID  19815776. 
148. Le TB, Imakaev MV, Mirny LA, Laub MT (ноябрь 2013). "Высокоразрешающее картирование пространственной организации бактериальной хромосомы". Science . 342 (6159): 731–4. Bibcode :2013Sci...342..731L. doi :10.1126/science.1242059. PMC 3927313 . PMID  24158908. 
149. Wang X, Le TB, Lajoie BR, Dekker J, Laub MT, Rudner DZ (август 2015 г.). «Конденсин способствует сопоставлению ДНК, фланкирующей его сайт загрузки в Bacillus subtilis». Genes & Development . 29 (15): 1661–75. doi :10.1101/gad.265876.115. PMC 4536313 . PMID  26253537. 
150. Dekker J, Heard E (октябрь 2015 г.). «Структурное и функциональное разнообразие топологически ассоциированных доменов». FEBS Letters . 589 (20 Pt A): 2877–84. Bibcode : 2015FEBSL.589.2877D. doi : 10.1016/j.febslet.2015.08.044. PMC 4598308. PMID  26348399 . 
151. Ники Х, Хирага С (апрель 1998). «Полярная локализация начала и конца репликации в нуклеоидах Escherichia coli во время разделения хромосом». Гены и развитие . 12 (7): 1036–45. doi :10.1101/gad.12.7.1036. PMC 316681. PMID  9531540 . 
152. Niki H, Yamaichi Y, Hiraga S (январь 2000 г.). «Динамическая организация хромосомной ДНК в Escherichia coli». Genes & Development . 14 (2): 212–23. doi :10.1101/gad.14.2.212. PMC 316355. PMID  10652275 . 
153. Boccard F, Esnault E, Valens M (июль 2005 г.). «Пространственное расположение и макродоменная организация бактериальных хромосом». Молекулярная микробиология . 57 (1): 9–16. doi : 10.1111/j.1365-2958.2005.04651.x . PMID  15948945.
154. Duigou S, Boccard F (май 2017). «Дальнодействующая организация хромосом в Escherichia coli: положение начала репликации определяет неструктурированные области и правые и левые макродомены». PLOS Genetics . 13 (5): e1006758. doi : 10.1371/journal.pgen.1006758 . PMC 5441646 . PMID  28486476. 
155. Nolivos S, Upton AL, Badrinarayanan A, Müller J, Zawadzka K, Wiktor J, et al. (январь 2016 г.). «MatP регулирует координированное действие топоизомеразы IV и MukBEF при сегрегации хромосом». Nature Communications . 7 : 10466. Bibcode :2016NatCo...710466N. doi :10.1038/ncomms10466. PMC 4738335 . PMID  26818444. 
156. Dupaigne P, Tonthat NK, Espéli O, Whitfill T, Boccard F, Schumacher MA (ноябрь 2012 г.). «Молекулярная основа механизма белково-опосредованного ДНК-связывания, который функционирует при конденсации хромосомы E. coli». Molecular Cell . 48 (4): 560–71. doi : 10.1016/j.molcel.2012.09.009 . PMC 7505563. PMID  23084832 . 
157. Wang S, Cosstick R, Gardner JF, Gumport RI (октябрь 1995 г.). «Специфическое связывание фактора интеграции хозяина Escherichia coli затрагивает как большие, так и малые бороздки ДНК». Биохимия . 34 (40): 13082–90. doi :10.1021/bi00040a020. PMID  7548068.
158. Karas VO, Westerlaken I, Meyer AS (октябрь 2015 г.). «ДНК-связывающий белок из голодающих клеток (Dps) использует двойные функции для защиты клеток от множественных стрессов». Журнал бактериологии . 197 (19): 3206–15. doi : 10.1128/JB.00475-15. PMC 4560292. PMID  26216848. 
159. Woo JS, Lim JH, Shin HC, Suh MK, Ku B, Lee KH и др. (январь 2009 г.). «Структурные исследования бактериального конденсинового комплекса выявляют АТФ-зависимое нарушение межсубъединичных взаимодействий» (PDF) . Cell . 136 (1): 85–96. doi :10.1016/j.cell.2008.10.050. PMID  19135891. S2CID  4608756.
160. Badrinarayanan A, Reyes-Lamothe R, Uphoff S, Leake MC, Sherratt DJ (октябрь 2012 г.). "In vivo архитектура и действие бактериального структурного поддержания хромосомных белков". Science . 338 (6106): 528–31. Bibcode :2012Sci...338..528B. doi :10.1126/science.1227126. PMC 3807729 . PMID  23112333. 
161. Kumar R, Grosbart M, Nurse P, Bahng S, Wyman CL, Marians KJ (октябрь 2017 г.). «Бактериальный конденсин MukB уплотняет ДНК, секвестрируя суперспирали и стабилизируя топологически изолированные петли». Журнал биологической химии . 292 (41): 16904–16920. doi : 10.1074/jbc.M117.803312 . PMC 5641887. PMID  28842486 . 
162. Niki H, Imamura R, Kitaoka M, Yamanaka K, Ogura T, Hiraga S (декабрь 1992 г.). «Белок E.coli MukB, участвующий в разделении хромосом, образует гомодимер со стержне-шарнирной структурой, обладающей связывающей ДНК и АТФ/ГТФ активностью». The EMBO Journal . 11 (13): 5101–9. doi :10.1002/j.1460-2075.1992.tb05617.x. PMC 556988 . PMID  1464330. 
163. Melby TE, Ciampaglio CN, Briscoe G, Erickson HP (сентябрь 1998 г.). «Симметричная структура структурного поддержания хромосом (SMC) и белков MukB: длинные, антипараллельные спиральные спирали, сложенные на гибком шарнире». Журнал клеточной биологии . 142 (6): 1595–604. doi :10.1083/jcb.142.6.1595. PMC 2141774. PMID 9744887  . 
164. Yamazoe M, Onogi T, Sunako Y, Niki H, Yamanaka K, Ichimura T, Hiraga S (ноябрь 1999 г.). «Комплексное образование белков MukB, MukE и MukF, участвующих в разделении хромосом в Escherichia coli». The EMBO Journal . 18 (21): 5873–84. doi :10.1093/emboj/18.21.5873. PMC 1171653. PMID  10545099 . 
165. Li Y, Stewart NK, Berger AJ, Vos S, Schoeffler AJ, Berger JM и др. (ноябрь 2010 г.). «Конденсин Escherichia coli MukB стимулирует активность топоизомеразы IV путем прямого физического взаимодействия». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 107 (44): 18832–7. doi : 10.1073/pnas.1008678107 . PMC 2973889. PMID  20921377 . 
166. Vos SM, Stewart NK, Oakley MG, Berger JM (ноябрь 2013 г.). «Структурная основа взаимодействия MukB-топоизомеразы IV и ее функциональные последствия in vivo». The EMBO Journal . 32 (22): 2950–62. doi :10.1038/emboj.2013.218. PMC 3832749. PMID  24097060 . 
167. Nicolas E, Upton AL, Uphoff S, Henry O, Badrinarayanan A, Sherratt D (февраль 2014 г.). «Комплекс SMC MukBEF рекрутирует топоизомеразу IV в начало репликационной области в живой Escherichia coli». mBio . 5 (1): e01001-13. doi :10.1128/mBio.01001-13. PMC 3950513 . PMID  24520061. 
168. Завадски П., Стрейси М., Гинда К., Завадска К., Лестерлин С., Капанидис А.Н., Шерратт DJ (декабрь 2015 г.). «Локализация и действие топоизомеразы IV при сегрегации хромосом Escherichia coli координируется комплексом SMC, MukBEF». Отчеты по ячейкам . 13 (11): 2587–2596. дои : 10.1016/j.celrep.2015.11.034. ПМК 5061553 . ПМИД  26686641. 
169. Baxter J, Oliver AW, Schalbetter SA (январь 2019). «Являются ли комплексы SMC факторами выдавливания петель? Связывание теории с фактом». BioEssays . 41 (1): e1800182. doi : 10.1002/bies.201800182 . PMID  30506702.
170. Zawadzka K, Zawadzki P, Baker R, Rajasekar KV, Wagner F, Sherratt DJ, Arciszewska LK (январь 2018 г.). "АТФазы MukB регулируются независимо N- и C-концевыми доменами клейзина MukF". eLife . 7 . doi : 10.7554/eLife.31522 . PMC 5812716 . PMID  29323635. 
171. Sawitzke JA, Austin S (февраль 2000 г.). «Подавление дефектов сегрегации хромосом у мутантов Escherichia coli muk мутациями в топоизомеразе I». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 97 (4): 1671–6. Bibcode : 2000PNAS...97.1671S. doi : 10.1073 /pnas.030528397 . PMC 26494. PMID  10660686. 
172. Adachi S, Hiraga S (июль 2003 г.). «Мутанты, подавляющие гиперчувствительность к новобиоцину нулевой мутации mukB». Журнал бактериологии . 185 (13): 3690–5. doi :10.1128/jb.185.13.3690-3695.2003. PMC 161581. PMID  12813060 . 
173. Петрушенко ЗМ, Лай ЧХ, Рай Р, Рыбенков ВВ (февраль 2006). «DNA reshaping by MukB. Right-handed knotting, left-handed supercoiling». Журнал биологической химии . 281 (8): 4606–15. doi : 10.1074/jbc.M504754200 . PMC 1633270. PMID  16368697 . 
174. Gaal T, Bratton BP, Sanchez-Vazquez P, Sliwicki A, Sliwicki K, Vegel A и др. (октябрь 2016 г.). «Колокализация отдаленных хромосомных локусов в пространстве у E. coli: бактериальное ядрышко». Genes & Development . 30 (20): 2272–2285. doi :10.1101/gad.290312.116. PMC 5110994 . PMID  27898392. 
175. Jin DJ, Cabrera JE (ноябрь 2006 г.). «Связь распределения РНК-полимеразы с глобальной регуляцией генов и динамической структурой бактериального нуклеоида в Escherichia coli». Журнал структурной биологии . 156 (2): 284–91. doi :10.1016/j.jsb.2006.07.005. PMID  16934488.
176. Цянь З., Димитриадис Е.К., Эдгар Р., Эсварамурти П., Адхья С. (июль 2012 г.). «Репрессор галактозы опосредует межсегментарные хромосомные связи в Escherichia coli». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 109 (28): 11336–41. Бибкод : 2012PNAS..10911336Q. дои : 10.1073/pnas.1208595109 . ПМЦ 3396475 . ПМИД  22733746. 
177. Вейкерт М.Дж., Адхья С. (октябрь 1993 г.). «Галактозный регулон Escherichia coli». Молекулярная микробиология . 10 (2): 245–51. doi :10.1111/j.1365-2958.1993.tb01950.x. PMID  7934815. S2CID  6872903.
178. Agerschou ED, Christiansen G, Schafer NP, Madsen DJ, Brodersen DE, Semsey S, Otzen DE (июнь 2016 г.). «Транскрипционный регулятор GalR самоорганизуется для формирования высокорегулярных трубчатых структур». Scientific Reports . 6 : 27672. Bibcode :2016NatSR...627672A. doi :10.1038/srep27672. PMC 4899725 . PMID  27279285. 
179. Кавенофф Р., Райдер О.А. (март 1976 г.). «Электронная микроскопия связанных с мембраной складчатых хромосом Escherichia coli». Chromosoma . 55 (1): 13–25. doi :10.1007/bf00288323. PMID  767075. S2CID  31879250.
180. Worcel A, Burgi E (январь 1974). «Свойства прикрепленной к мембране формы складчатой ​​хромосомы Escherichia coli». Журнал молекулярной биологии . 82 (1): 91–105. doi :10.1016/0022-2836(74)90576-2. PMID  4594427.
181. Roggiani M, Goulian M (2015). «Взаимодействие хромосом и мембран у бактерий». Annual Review of Genetics . 49 : 115–29. doi : 10.1146/annurev-genet-112414-054958. PMID  26436460.
182. Libby EA, Roggiani M, Goulian M (май 2012 г.). «Экспрессия мембранного белка запускает изменение положения хромосомного локуса у бактерий». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 109 (19): 7445–50. Bibcode : 2012PNAS..109.7445L. doi : 10.1073/pnas.1109479109 . PMC 3358875. PMID  22529375 . 
183. Brameyer S, Rösch TC, El Andari J, Hoyer E, Schwarz J, Graumann PL, Jung K (2019). «Связывание ДНК направляет локализацию мембранно-интегрированного рецептора семейства ToxR». Communications Biology . 2 : 4. doi : 10.1038 /s42003-018-0248-7. PMC 6320335. PMID  30740540. 
184. Espéli O, Borne R, Dupaigne P, Thiel A, Gigant E, Mercier R, Boccard F (май 2012 г.). «Взаимодействие MatP-divisome координирует сегрегацию хромосом с делением клеток в E. coli». The EMBO Journal . 31 (14): 3198–211. doi :10.1038/emboj.2012.128. PMC 3400007. PMID  22580828 . 
185. Bernhardt TG, de Boer PA (май 2005 г.). "SlmA, связанный с нуклеоидом белок, связывающий FtsZ, необходимый для блокировки сборки септального кольца на хромосомах в E. coli". Molecular Cell . 18 (5): 555–64. doi :10.1016/j.molcel.2005.04.012. PMC 4428309 . PMID  15916962. 
186. Woldringh CL, Jensen PR, Westerhoff HV (сентябрь 1995 г.). «Структура и разделение бактериальной ДНК: определяется балансом сил уплотнения и расширения?» (PDF) . FEMS Microbiology Letters . 131 (3): 235–42. doi : 10.1111/j.1574-6968.1995.tb07782.x . PMID  7557335.
187. Van Helvoort JM, Huls PG, Vischer NO, Woldringh CL (май 1998). «Слитые нуклеоиды повторно разделяются быстрее, чем удлинение клеток в филаментах pbpB(Ts) Escherichia coli после освобождения от ингибирования хлорамфениколом». Микробиология . 144 (5): 1309–17. doi : 10.1099/00221287-144-5-1309 . PMID  9611806.
188. Ельцов, Михаил; Зубер, Бенуа (2006). «Трансмиссионная электронная микроскопия бактериального нуклеоида». Журнал структурной биологии . 156 (2): 246–254. doi :10.1016/j.jsb.2006.07.007. ISSN  1047-8477. PMID  16978880.
189. Робиноу, C; Келленбергер, E (1994). «Возвращение к бактериальному нуклеоиду». Microbiological Reviews . 58 (2): 211–232. doi : 10.1128/mmbr.58.2.211-232.1994 . ISSN  0146-0749. PMC 372962 . PMID  7521510. 
190. Smith BT, Grossman AD, Walker GC (январь 2002 г.). «Локализация UvrA и влияние повреждения ДНК на хромосому Bacillus subtilis». Журнал бактериологии . 184 (2): 488–93. doi :10.1128 / jb.184.2.488-493.2002. PMC 139587. PMID  11751826. 
191. Одсбу И, Скарстад К (октябрь 2009 г.). «Снижение активности рибонуклеотидредуктазы замедляет репликативную вилку хромосомы, но не изменяет ее локализацию». PLOS ONE . ​​4 (10): e7617. Bibcode :2009PLoSO...4.7617O. doi : 10.1371/journal.pone.0007617 . PMC 2773459 . PMID  19898675. 
192. Левин-Зайдман С., Френкель-Криспин Д., Шимони Э., Сабанай И., Вольф С.Г., Мински А. (июнь 2000 г.). «Упорядоченные внутриклеточные сборки RecA-ДНК: потенциальное место in vivo RecA-опосредованной активности». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 97 (12): 6791–6. Bibcode : 2000PNAS...97.6791L. doi : 10.1073/pnas.090532397 . PMC 18741. PMID  10829063 . 
193. Delmas S, Duggin IG, Allers T (январь 2013 г.). «Повреждение ДНК вызывает уплотнение нуклеоида через комплекс Mre11-Rad50 в архее Haloferax volcanii». Молекулярная микробиология . 87 (1): 168–79. doi :10.1111/mmi.12091. PMC 3565448. PMID  23145964 .