基因的表达调控
生物通，2012-09-08
魔法师的学徒开启了一个输水系统，但是却不能够停止它，很快水浸没到了他的脖子，他陷入到困境中。不同于这个无能的学徒，活细胞具有更好的设计：当它们激活一种基因时，它们就会将一种系统留作备用来关闭基因。细胞不想浪费能源来生成它们不再需要的蛋白。康奈尔大学的研究人员在新研究中确定了细胞利用的两种机制，并发现它们的存在的意义就是为了能快速行动。
康奈尔大学化学和化学生物学副教授陈鹏（Peng Chen）及同事们将这一研究发现在线报告在了9月4日的《美国科学院院刊》（PNAS）上。陈鹏博士说：“一般的情况时激活子脱落，然后抑制子结合。我们发现了两条更为有效的途径。”
研究工作在细菌中完成，有可能促成新的途径杀死有害细菌。它也代表朝了解能够进一步沿着进化的阶梯应用的基因转录调控迈出了一步。
发生在单分子水平有关的生化过程太小以致无法通过显微镜观察。为了监控这些过程，研究人员用荧光分子标记了蛋白质和DNA结合位点，当它们结合时会改变荧光强度，因此在生物化学反应发生时闪光会出现或改变。当标记分子聚集到一起通过电荷重排触发了这一荧光改变，开始时它们是接近的（大约几个纳米）且随着接近变得原来越亮。通过标记蛋白分子的一端，研究人员可通过信号的亮度来说出蛋白质在哪个方向结合了DNA。
研究人员利用了铜对其有毒的细菌。这些细菌具有的基因编码了一种可抓取铜原子，将它们挤出细胞壁的蛋白。通常一种称作CueR的蛋白会结合到这些基因位点前的染色体上，使得DNA变形，防止基因被转录。当铜原子结合到CueR上时，它改变了它的构象，使得酶能够转录基因生成保护性蛋白。
当铜威胁去除时，在细胞液中循环的另一种形式CueR替代了铜修饰形式关闭了基因。通过观察和定时这一反应，康奈尔大学的研究人员确定了支路蛋白或是将结合蛋白推出了道路或是帮助了它分离，然后移动到空着的空间。研究人员证实相比于等待激活子自己离开要快70倍。有可能细菌利用了相似的方法来关闭对抗其他有害金属的保护，他们说。
研究还表明CueR蛋白可以以两种不同的方向结合到DNA上，并自发地在它们之间翻转不需要完全分离。在一个方向上它至结合在它应该控制的特异基因上。在另一个方向它非特异性地附着到DNA上。研究人员认为这有可能使得蛋白更容易到达快速需要它的位点，通过附着到DNA链上，沿着它滑动找到特异的位点，然后转动到工作模式。
