生命の青写真であるDNAは、その長さとその構造を操作する一定の細胞活動のために簡単に絡み合うことができる二本鎖分子です。これらの絡み合いは、解決されないとしても、DNAの複製や転写などの重要なプロセスを破壊し、ゲノムの不安定性と細胞機能障害につながる可能性があります。
II型トポイソメラーゼであるGiraseは、DNAノットを解き放ち、これらの潜在的な大惨事を防ぐ上で極めて重要な役割を果たします。これは、二重らせんの両方の鎖を一時的に破壊し、結果として得られたギャップを介して絡み合ったセグメントを通過させてから、DNAを再び変えることで達成します。
Gyraseが分子レベルでどのように動作するかを理解するために、生物学者は高度なイメージング技術と計算モデリングを使用して、酵素のDNAとの相互作用を視覚化およびシミュレートしました。彼らは、2段階のメカニズムでGyraseが機能することを発見しました。
最初のステップでは、GyraseはDNAに結合し、二重らせんを開く立体構造の変化を誘導し、相補的な鎖間に一時的なギャップを生み出します。このステップでは、DNAを保持する強力な結合を克服するために必要なエネルギーを提供するATPの加水分解、細胞エネルギー通貨が必要です。
ギャップが作成されると、Gyraseは2番目のステップに進みます。絡み合ったDNAセグメントをギャップに積極的に輸送し、結び目を効果的に解き放ち、トポロジーの制約を除去します。このステップには、酵素の一連の立体構造変化が含まれ、DNAの正確な操作が可能になります。
ジャイレースの分子メカニズムを理解することで、細胞が遺伝物質の完全性を維持する方法についての洞察が得られます。この知識は、DNAの複製、転写、ゲノムの維持などの基本的な生物学的プロセスの理解に影響を与えます。また、病気の原因となる細菌のジャイラーゼを標的とする抗生物質の開発における研究のための新しい道を開き、新しい治療戦略への道を開いています。
