Étude sur l'ADN sculptant peut aider à développer de nouveaux médicaments antimicrobiens
Une collaboration de recherche qui combine de nouveaux outils "big-données» informatique ayant une expertise en biologie fondamentale a découvert les détails d'un processus essentiel dans la vie: comment une enzyme cruciale localise le site sur l'ADN où il commence à diriger la synthèse de l'ARN. Cette constatation peut aider à la découverte de nouveaux médicaments antimicrobiens et les approches technologiques puissantes développées pour cette recherche peut faire la lumière sur d'autres processus cellulaires essentiels.
Un groupe de bioinformatique de l' Hôpital des enfants de Philadelphie a collaboré avec des chercheurs de l' Université Rutgers sur l'étude, qui est apparu en ligne aujourd'hui dans Science.
"Les algorithmes que nous avons développés nous permettent d'aborder de nombreuses questions à travers divers domaines de l'ADN et de l'ARN biologie," a déclaré le co-auteur Deanne M. Taylor, Ph.D., directeur de la bioinformatique dans le département de la recherche biomédicale et la santé informatique au Children Hôpital de Philadelphie (CHOP). "La compréhension de ces processus fondamentaux peut aider dans le développement de traitements antimicrobiens pour combattre la maladie bactérienne."
Taylor a collaboré à l'étude avec le biochimiste Bryce Nickels, Ph.D., et chimiste Richard Ebright, Ph.D., tous deux de Rutgers, l'Université d'État de New Jersey.
La recherche se concentre sur les cellules transcription comment lire l'information génétique stockée dans l'ADN en synthétisant d'abord une copie de cette information génétique sous forme d'ARN. L'ARN polymérase est une enzyme de la machine moléculaire qui effectue la transcription. Dans l'étude actuelle, l'équipe / Rutgers CHOP déterminé comment l'ARN polymérase localise le site sur l'ADN où il commence la transcription.
En particulier, en travaillant dans les bactéries, l'équipe / Rutgers CHOP a montré qu'après l'ARN polymerase se lie à l'ADN et d'autre part dévire les deux brins de l'hélice d'ADN, il poursuit alors le déroulement de ces deux brins, en tirant les brins d'ADN déroulé sur lui-même jusqu'à ce qu'elle engage la site d'initiation de la transcription (TSS). Les chercheurs appellent ce processus-déroulement de l'ADN et en tirant brins en itself- "sculptant d'ADN." Nickels souligne, «Les scientifiques savent depuis plus de trois décennies que les sites de début de transcription varient, mais ne savaient pas déjà le mécanisme."
Pour détecter l'ADN sculptant lors de la sélection TSS, les chercheurs ont développé de puissantes nouvelles approches expérimentales, appelées MASTER et MASTER-XL.L'équipe / Rutgers CHOP décrit pour la première MASTER (pour "massivement systématique fin de transcription lecture") dans un document Décembre 2015 Molecular Cell.
MASTER-XL combine la technologie MASTER avec des acides aminés artificiels de réticulation d'introduction à des sites spécifiques sur les protéines pour réticuler à des sites dans l'ADN. En utilisant des algorithmes à haut débit, l'équipe d'étude a été en mesure d'identifier précisément et rapidement les sites de réticulation dans un million de séquences d'ADN différents, portant chacun une région distincte TSS.Dans chaque séquence, l'équipe a identifié la TSS ainsi que avant (bord d'attaque) et arrière (bord de fuite) des positions où l'ARN polymérase attaché à l'ADN.
Yuanchao Zhang, un étudiant diplômé qui travaille avec le groupe de bioinformatique de Taylor au CHOP, a développé les algorithmes grand-données avec Taylor pour analyser la sortie de données de séquençage de MASTER et MASTER-XL expériences."Nos algorithmes traitent rapidement plusieurs millions d'ADN et la séquence d'ARN lit», a déclaré Taylor.
Le séquençage rapide, plus des méthodes biochimiques et chimiques avancées qui sous-tendent la réticulation, à condition d'une constatation clé sur la façon dont l'ADN sculptant se produit lors de la transcription. Comme la position des changements TSS, la position des principaux changements de bord de l'ARN polymérase à l'étape de blocage, mais le bord de fuite de l'enzyme reste dans la même position. Cela provoque l'ADN à froisser: il reste attaché à l'ARN polymérase à son bord de fuite, mais l'ARN polymerase se déroule l'ADN adjacent et tire l'ADN déroulé sur lui-même jusqu'à ce qu'il localise un nouveau TSS.
«La caractéristique essentielle de notre approche», a expliqué Ebright, "est la combinaison de la protéine ADN-réticulation avec la prochaine génération de séquençage de l'ADN. Cela nous permet d'effectuer des études de réticulation avec un million de séquences d'ADN différentes dans la même quantité de temps que nous aurions déjà eu besoin d'effectuer des études de réticulation avec une séquence d'ADN ". Il a ajouté: «L'augmentation de millions de fois en débit permet des problèmes biologiques à résoudre qui ne pourraient être résolus avant."
Les collaborateurs CHOP / Rutgers étudient actuellement la transcription dans les organismes supérieurs, analyser si l'ADN sculptant se produit lors de la sélection TSS, et si oui, comment il se compare au processus dans les bactéries. L'équipe espère également appliquer MASTER et MASTER-XL à l'analyse d'autres processus cellulaires essentiels tels que la réplication de l'ADN.
