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体积27| 文章的ID250489年| https://doi.org/10.1155/2012/250489

相互作用的光谱研究精子DNA与海星的链接器组蛋白H1揭示Supercondensed精子染色质的形成机制

埃琳娜Chikhirzhina ,¹ 塔季扬娜Starkova,^1、2 埃琳娜Kostyleva,¹ 和亚历山大Polyanichko^1、2

发表 2012年7月11日

文摘

链接器交互的精子染色质的组蛋白H1Z海星<我>阿斯忒瑞亚amurensisDNA研究光谱和热力学方法。它已经表明,在生理条件下H1Z与DNA的相互作用结果相比,更紧凑的结构和体组蛋白H1 DNA复合物。典型的DNA融化曲线揭示了两座山峰归因于绑定和游离DNA。已经表明,从海星H1Z精子DNA稳定在更大程度上比体细胞H1。有可能是额外的存在<我>α螺旋段内的c端部分H1Z典型的棘皮动物精子的链接器组蛋白促进蛋白质-蛋白质之间的关系进而刺激合作绑定组蛋白的DNA,导致超紧的形成精子染色质。

1。介绍

真核细胞的染色质包含各种核DNA和蛋白质。染色质的重要功能之一是DNA压实,其线性尺寸远大于原子核的直径(<一个href="#B6">1]。负责的初始水平的蛋白质DNA压实,也被称为nucleosomal水平,组蛋白。有5种不同类型的组蛋白在染色质:H1, H2A、H2B, H3和H4 (<一个href="#B6">1,<一个href="#B10">2]。四个核心组蛋白与DNA相互作用和形成核小体。组蛋白的目标H1是核小体之间的链接器区域的DNA。链接器组蛋白H1中扮演着重要的角色在post nucleosomal水平的染色质的结构组织<一个href="#B6">1]。展示不同级别不同的细胞DNA的压实,最紧凑的染色质可以发现在精子细胞。在这些细胞中,组蛋白H1取代了其他不同的蛋白质,如特定组蛋白,thioprotamines或精蛋白(<一个href="#B6">1,<一个href="#B7">3]。在这些细胞,链接器组蛋白H1被替换的精子特异性蛋白质,染色质保留nucleosomal组织仍在更紧凑的体细胞的染色质。它使精子特异性蛋白一个方便的模型对象来研究染色质的DNA压缩机制。

在这项研究中,我们调查了交互H1提取精子的海星<我>阿斯忒瑞亚amurensisDNA使用圆二色性(CD)光谱和热融化的DNA。

2。材料和方法

链接器组蛋白H1分离大鼠胸腺和染色质的海星<我>阿斯托里亚amurensis(H1-Z)精子如前所述<一个href="#B14">4]。鸡红细胞DNA特征如前所述[<一个href="#B3">5),使用前未经纯化。准备人工DNA蛋白质复合物低分子量DNA的平均大小550个基点,通过声波降解法在22千赫如前所述<一个href="#B5">6]。

描述了系统中的蛋白质含量的蛋白质氨基酸残基的摩尔比DNA磷酸盐(从0到2)不同。所有的复合物在包含5毫米Tris-HCl缓冲溶液,研究了pH值7.5,1毫米EDTA的15毫米氯化钠(低离子强度)或150毫米氯化钠(高离子强度)。

光谱的圆二色性(CD)记录的椭圆率使用卡里60 CD spectropolarimeter-dichrograph(美国瓦里安)在圆形的石英细胞的光学路径长度1厘米。测量的精度达到±0.0002°。光谱被记录在195到320纳米的范围。摩尔椭圆率的值(研究生厘米²/ dmol)计算每摩尔的DNA核苷酸()。仪器校准了D-10-camphorosulfonic酸溶液的光谱范围190 - 290 nm。

DNA与组蛋白复合物的热稳定性进行了研究使用DNA分析融化。融化曲线记录spectrophotometrically使用Specord M40双光束扫描分光光度计(卡尔蔡司,耶拿,德国)提供的TSEI珀尔帖附件。传输测量的误差等于±0.01%。的光学密度D解决方案以矩形石英细胞的光学路径长度1厘米。加热的速率维持在每分钟0.5°C。融化曲线使用Savitzky-Golay平滑处理。规范化融化曲线获得使用以下关系: 在哪里和最小和最大的光密度值在260 nm对应于本机和融化的DNA的过程中融化。

导数融化曲线被deconvoluted高斯乐队和贡献每个乐队的决心。dna蛋白质复合物被增色效应的价值特征的熔化温度的分数,DNA融化。

的增色效应由公式:

融化温度确定的最大导数融化曲线。

3所示。结果与讨论

体细胞相比H1特定组蛋白具有细长arginine-rich多肽链和存在的基本氨基酸序列(Ser-Pro-Lys (Arg)赖氨酸(Arg)) (<一个href="#B6">1]。这些特性可以负责它们的结构特性和构成机制的超精子染色质的DNA。虽然蛋白质的二级结构类似,从棘皮动物精子展示较高含量的蛋白质<我>α螺旋区域的c端域相比体细胞H1 [<一个href="#B14">4]。这些地区的多肽链,以及球状<我>α螺旋区域,很不稳定,在相对较低的温度下融化。

遵循DNA结构的变化与海星精子组蛋白的交互期间,我们使用圆二色性光谱。数据<一个href="//www.newsama.com/journals/jspec/2012/250489/fig1/" target="_blank">1和<一个href="//www.newsama.com/journals/jspec/2012/250489/fig2/" target="_blank">2演示CD光谱之间的配合物从鼠胸腺DNA和H1,海星精子在低和高离子强度的溶液,分别。

(一)

(b)

(一)

(b)

增加浓度的H1鼠胸腺复杂()不会导致重大的积极CD带的强度的变化范围270 - 280 nm(图<一个href="//www.newsama.com/journals/jspec/2012/250489/fig1/" target="_blank">1(一))解决方案的15毫米氯化钠揭示没有相当大的DNA结构的变化。影响力越来越大的光散射光谱的形状之间的配合物DNA和组蛋白H1的海星解决方案(图揭示了密集的分子间的相互作用<一个href="//www.newsama.com/journals/jspec/2012/250489/fig1/" target="_blank">1 (b))。

增加强度的负面CD乐队在210 - 230海里表明组蛋白与DNA H1的相互作用导致的部分spiralization蛋白质。

在解决方案的高离子强度(150毫米氯化钠),DNA与蛋白质分子之间的相互作用导致DNA凝聚,这表现为所谓的DNAΨ-type CD谱(ψ:<我>P最棒,<我>年代alt<我>我nduced) [<一个href="#B9">7]。这张CD谱特点是深刻的正面或负面的乐队在240 - 300纳米的范围和长波长在CD光谱的“尾巴”。图<一个href="//www.newsama.com/journals/jspec/2012/250489/fig2/" target="_blank">2代表CD光谱DNA-H1复合物在高离子强度的解决方案。的开始凝结的DNA的复杂体组蛋白H1(图<一个href="//www.newsama.com/journals/jspec/2012/250489/fig2/" target="_blank">2(一个))表现为一个显著的光散射导致积极的转变CD的DNA带向长波长和光谱的外观“尾巴”在该地区超过290海里。在DNA-H1T的CD谱变换,一个典型的Ψ-type CD谱。在H1的情况下从海星精子(图<一个href="//www.newsama.com/journals/jspec/2012/250489/fig2/" target="_blank">2 (b)),即使少量的蛋白质会导致增加振幅的积极CD的DNA伴随着相当大的光散射的解决方案。非常典型的形成Ψ-type CD谱表明形成有序超分子dna蛋白质结构的解决方案(<一个href="#B3">5,<一个href="#B4">8- - - - - -<一个href="#B13">10]。最有可能的是,这种有序结构的形成的先决条件是疏水性集群的组蛋白分子间相互作用。事实上,这种集群更频繁地发生在棘皮动物精子的H1比体蛋白(<一个href="#B14">4),这些组蛋白紧凑的DNA在更大程度上。应该注意的是,额外的<我>α螺旋区域组蛋白H1棘皮动物的精子已发现的c端域蛋白质。特别是,该域富含丙氨酸和赖氨酸氨基酸残基(<一个href="#B8">11,它负责蛋白质紧凑的DNA的能力(<一个href="#B1">12]。

研究蛋白质稳定DNA结构的能力当DNA包裹着我们融化曲线获得纯粹的DNA和DNA的复杂与特定组蛋白H1海星精子染色质。DNA的熔化温度取决于离子强度和离子组成的解决方案。减少的影响可能的二价离子的痕迹,我们添加到解决方案0.25毫米EDTA。

典型的衍生dna蛋白质复合物的熔化曲线有两个峰(图<一个href="//www.newsama.com/journals/jspec/2012/250489/fig3/" target="_blank">3):低温峰对应于DNA和自由的融化温度峰值越高特征的融化DNA绑定到H1蛋白(<一个href="#B15">13]。DNA的熔化温度在复杂取决于特定的组蛋白,而游离DNA的熔化温度为所有复合物保持不变。两座山峰的存在表明,即使在高蛋白质DNA比(),有游离DNA的一部分解决方案。图<一个href="//www.newsama.com/journals/jspec/2012/250489/fig3/" target="_blank">3显示绑定DNA分数的融化温度在所有配合物有较高的熔化温度,不依赖<我>r(表<一个href="//www.newsama.com/journals/jspec/2012/250489/tab1/" target="_blank">1)。每个峰面积成正比的DNA在相应的分数:游离DNA并结合DNA。两个峰值的逐渐变化的区域特征越来越多的DNA片段蛋白质与蛋白质含量增加。导数曲线下的面积是恒定在溶液中DNA蛋白比率。绑定/游离DNA片段的具体数量不仅取决于蛋白质的数量也在组蛋白(表的类型<一个href="//www.newsama.com/journals/jspec/2012/250489/tab1/" target="_blank">1)。图<一个href="//www.newsama.com/journals/jspec/2012/250489/fig3/" target="_blank">3也代表了融化曲线DNA-H1T(体组蛋白H1)复杂。的比较两个DNA-H1Z和DNA-H1T融化曲线(图<一个href="//www.newsama.com/journals/jspec/2012/250489/fig3/" target="_blank">3、表<一个href="//www.newsama.com/journals/jspec/2012/250489/tab1/" target="_blank">1)表明,克分子数相等的DNA蛋白质比例,释放DNA是更大的分数DNA-H1Z复合物。

DNA融化曲线的分析也表明,最基本的(带正电)H1海星精子DNA在更大程度上稳定而DNA复合体的构象与不带电体H1鼠胸腺也更不稳定(图<一个href="//www.newsama.com/journals/jspec/2012/250489/fig3/" target="_blank">3、表<一个href="//www.newsama.com/journals/jspec/2012/250489/tab1/" target="_blank">1)。这种差异可能是由于特定的组蛋白与DNA相互作用不仅在大槽,还在小沟<一个href="#B3">5]。在这种情况下,在DNA交联分子内创建和富含蛋白质的网站出现在DNA。然而,在互动的情况下用海星精子DNA的H1等不到DNA-H1T复合物。这可以解释为在特定蛋白质精氨酸的含量增加,稳定DNA检测磷酸基的负电荷(<一个href="#B15">13]。

DNA结合特性的差异和复合物的能力总有可能依赖于组蛋白的构象性质。合作结合DNA和更强的冷凝潜在的特征属性是棘皮动物精子H1组蛋白。这些组蛋白的赖氨酸含量大体相同,但更多的丙氨酸,脯氨酸残基比体蛋白(<一个href="#B16">14]。H1组蛋白的多肽链形成一个随机线圈在低离子强度和酸性博士可能是额外的存在<我>α螺旋段中我们发现c端H1的一部分从棘皮动物的精子<一个href="#B14">4,<一个href="#B3">5)促进蛋白质-蛋白质之间的关系在溶液中(<一个href="#B13">10,<一个href="#B2">15]。后者反过来刺激合作这种类型的组蛋白与DNA的绑定,导致染色质的有序结构的形成。