.A new twist: The molecular machines that loop chromosomes also twist DNA
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.A new twist: The molecular machines that loop chromosomes also twist DNA
새로운 전환: 염색체를 루프하는 분자 기계는 DNA도 꼬아 놓는다
델프트 공과대학 제공 DNA의 이중나선 구조 묘사. 네 가지 코딩 단위(A, T, C, G)는 분홍색, 주황색, 보라색, 노란색으로 색상이 구분되어 있습니다. 출처: NHGRI,December 13, 2024
델프트 공과대학의 카블리 연구소와 비엔나 IMP 바이오센터의 과학자들은 우리 염색체를 형성하는 분자 모터의 새로운 특성을 발견했습니다. 6년 전에 그들은 이른바 SMC 모터 단백질이 우리 DNA에 긴 고리를 만든다는 것을 발견했지만, 이제 그들은 이 모터가 형성하는 고리에 상당한 꼬임을 넣는다는 것을 발견했습니다.
이러한 발견은 우리가 염색체의 구조와 기능을 더 잘 이해하는 데 도움이 됩니다. 또한 꼬인 DNA 루핑의 중단이 건강에 어떤 영향을 미칠 수 있는지에 대한 통찰력을 제공합니다. 예를 들어, "코헤시노패티(cohesinopathies)"와 같은 발달 질환에서 말입니다. 과학자들은 Science Advances 에 연구 결과를 발표했습니다 . 바늘 끝보다 훨씬 작은 공간에 2m 길이의 로프를 끼우려고 한다고 상상해보세요.
1-1.
이는 신체의 모든 세포가 DNA를 작은 핵에 넣을 때 직면하는 과제이다. 이를 달성하기 위해 자연은 DNA를 꼬아서 코일의 코일, 소위 "슈퍼코일"로 만들고, 이를 특수 단백질에 감아 컴팩트하게 보관하는 것과 같은 독창적인 전략을 사용한다. 작은 DNA 루프는 염색체 기능을 조절한다 하지만 압축만으로는 충분하지 않다. 세포는 또한 기능을 가능하게 하기 위해 염색체 구조를 조절해야 한다. 예를 들어, 유전 정보 에 접근해야 할 때 DNA는 국소적으로 읽힌다. 특히, 세포가 분열할 때 DNA는 먼저 풀려 복제된 다음 두 개의 새로운 세포로 적절히 분리되어야 한다.
SMC 복합체(염색체의 구조적 유지)라고 불리는 특수 단백질 기계는 이러한 과정에서 중요한 역할을 합니다. 불과 몇 년 전, 델프트와 다른 지역의 과학자들은 이러한 SMC 단백질이 우리 DNA에서 긴 고리를 만드는 분자 모터이며, 이러한 고리가 염색체 기능의 핵심 조절자라는 것을 발견했습니다. TU Delft의 Cees Dekker 연구실에서 박사후 연구원인 Richard Janissen과 Roman Bath는 이제 이 퍼즐을 푸는 데 도움이 되는 단서를 제공한다.
그들은 개별 SMC 단백질이 DNA에서 루핑 단계를 만드는 것을 볼 수 있는 "자기 핀셋"을 사용하는 새로운 방법을 개발했다. 중요한 점은, 그들은 SMC 단백질이 DNA의 꼬임을 바꿀지 여부도 알아낼 수 있었다는 것입니다. 그리고 놀랍게도, 연구팀은 그렇게 한다는 것을 발견했다.
2.
인간 SMC 단백질 코헤신은 실제로 DNA를 루프로 끌어당길 뿐만 아니라 루프를 만드는 각 단계에서 DNA를 0.6회전씩 왼손잡이 방식으로 꼬아준다. SMC 단백질의 진화를 엿보세요 게다가 연구팀은 이 꼬임 작용이 인간에게만 있는 것이 아니라는 것을 발견했습니다. 효모의 유사한 SMC 단백질은 같은 방식으로 작동합니다. 놀랍게도 인간과 효모의 모든 다양한 유형의 SMC 단백질은 같은 양의 꼬임을 더합니다.
DNA 루프 압출 단계마다 DNA를 0.6회 돌립니다. 이는 DNA 압출 및 꼬임 메커니즘이 진화하는 동안 매우 오랜 시간 동안 동일하게 유지되었음을 보여줍니다. DNA가 인간, 효모 또는 다른 세포에 루프 형태로 존재하더라도 자연은 똑같은 전략을 사용합니다.
이 새로운 발견은 이 새로운 유형의 모터의 분자 메커니즘을 해결하는 데 필수적인 단서를 제공할 것입니다. 또한, DNA 루핑이 우리 염색체의 초나선 상태에도 영향을 미치며, 이는 유전자 발현과 같은 과정에 직접 영향을 미친다는 것을 분명히 합니다. 마지막으로, 이러한 SMC 단백질은 코넬리아 드 랑게 증후군과 같은 다양한 질병과 관련이 있으며, 이러한 과정에 대한 더 나은 이해는 이러한 심각한 질병의 분자적 기원을 추적하는 데 필수적입니다.
추가 정보: Richard Janissen et al, 모든 진핵 SMC 단백질은 각 DNA-루프-압출 단계에서 -0.6의 꼬임을 유도합니다, Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adt1832 . www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adt1832
저널 정보: Science Advances 델프트 공과대학 제공
https://phys.org/news/2024-12-molecular-machines-loop-chromosomes-dna.html
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과학자들은 우리 염색체를 형성하는 분자 모터의 새로운 특성을 발견했다. 6년 전에 그들은 이른바 SMC 모터 단백질이 우리 DNA에 긴 고리를 만든다는 것을 발견했지만, 이제 그들은 이 모터가 형성하는 고리에 상당한 꼬임을 넣는다는 것을 발견했다.
이러한 발견은 우리가 염색체의 구조와 기능을 더 잘 이해하는 데 도움이 됩니다. 또한 꼬인 DNA 루핑의 중단이 건강에 어떤 영향을 미칠 수 있는지에 대한 통찰력을 제공한다. 예를 들어, "코헤시노패티(cohesinopathies)"와 같은 발달 질환에서 말이다. 바늘 끝보다 훨씬 작은 공간에 2m 길이의 로프를 끼우려고 한다고 상상해보자.
1-1.
이는 신체의 모든 세포가 DNA를 작은 핵에 넣을 때 직면하는 과제이다. 이를 달성하기 위해 자연은 DNA를 꼬아서 코일의 코일, 소위 "슈퍼코일"로 만들고, 이를 특수 단백질에 감아 컴팩트하게 보관하는 것과 같은 독창적인 전략을 사용한다. 작은 DNA 루프는 염색체 기능을 조절한다 하지만 압축만으로는 충분하지 않다. 세포는 또한 기능을 가능하게 하기 위해 염색체 구조를 조절해야 한다. 예를 들어, 유전 정보 에 접근해야 할 때 DNA는 국소적으로 읽힌다. 특히, 세포가 분열할 때 DNA는 먼저 풀려 복제된 다음 두 개의 새로운 세포로 적절히 분리되어야 한다.
SMC 복합체(염색체의 구조적 유지)라고 불리는 특수 단백질 기계는 이러한 과정에서 중요한 역할을 한다. 불과 몇 년 전, 델프트와 다른 지역의 과학자들은 이러한 SMC 단백질이 우리 DNA에서 긴 고리를 만드는 분자 모터이며, 이러한 고리가 염색체 기능의 핵심 조절자라는 것을 발견했다.
그들은 개별 SMC 단백질이 DNA에서 루핑 단계를 만드는 것을 볼 수 있는 "자기 핀셋"을 사용하는 새로운 방법을 개발했다. 중요한 점은, 그들은 [2]SMC 단백질이 DNA의 꼬임을 바꿀지 여부도 알아낼 수 있었다]는 것이다. 그리고 놀랍게도, 연구팀은 그렇게 한다는 것을 발견했다.
_[2]] 꼬임은 나선형처럼 A와B의 sms.oms.vix.ain 키랄 1/2.bar를 각자 반회전씩하여 이중 나선형을 만드는 것이다. 이들이 선대칭축이 아닌 원점의 중심인 br.ain에 의해 회전하면 파도처럼 거칠거나 단백질의 msbase 처럼 정교한 접힘이 이뤄진다. 허허.
3.
인간 SMC 단백질 코헤신은 실제로 DNA를 루프로 끌어당길 뿐만 아니라 루프를 만드는 [3]각 단계에서 DNA를 0.6회전씩] 왼손잡이 방식으로 꼬아준다. SMC 단백질의 진화를 엿보세요 게다가 연구팀은 이 꼬임 작용이 인간에게만 있는 것이 아니라는 것을 발견했다. 효모의 유사한 SMC 단백질은 같은 방식으로 작동한다. 놀랍게도 인간과 효모의 모든 다양한 유형의 SMC 단백질은 같은 양의 꼬임을 더한다.
_[3]] 두개의 키랄 루프가 원래는 1/2이나 ab(35)=ba(53) 키랄 회전 속도를 가져 1점에 이르러야 하는데, 공통분모가 없이 서로 지나가는 과정이면 꼬임의 회전가 다른 구역 때문에 0,4, (0.5)0.6,07에 의해 당겨짐이나 지나침 뒷통수 치기가 나타나기도 하리라.
3-1.
DNA 루프 압출 단계마다 DNA를 0.6회 돌린다. 이는 DNA 압출 및 꼬임 메커니즘이 진화하는 동안 매우 오랜 시간 동안 동일하게 유지되었음을 보여준다. DNA가 인간, 효모 또는 다른 세포에 루프 형태로 존재하더라도 자연은 똑같은 전략을 사용한다.
이 새로운 발견은 이 새로운 유형의 모터의 분자 메커니즘을 해결하는 데 필수적인 단서를 제공할 것이다. 또한, [3-1]DNA 루핑이 우리 염색체의 초나선 상태에도 영향]을 미치며, 이는 유전자 발현과 같은 과정에 직접 영향을 미친다]는 것을 분명히 한다.
마지막으로, 이러한 SMC 단백질은 코넬리아 드 랑게 증후군과 같은 다양한 질병과 관련이 있으며, 이러한 과정에 대한 더 나은 이해는 이러한 심각한 질병의 분자적 기원을 추적하는 데 필수적이다.
_[3-1]] 이러한 비정상적인 비대칭 꼬임회전 겹치기 밀침, 등등 SMC 단백질은 생물학적인 산화와 치환의 모델을 활요하여 빠지고 넣는 qpeoms의 다양한 부분지역상태에서 나타난 지역적인 기후의 예상예보를 알아내는 것과 유사하다. 그래서 어느 숲에 어떤 식물이 있는지 알아내는 것처럼 어떤 질병이 msbase내에 형성되는지 chiral.br.ain으로 알아낼 수도 있으리라. 허허.
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.A new twist: The molecular machines that loop chromosomes also twist DNA
새로운 연구에서 염색체 접힘 중 기본 DNA 기반 프로세스의 예상치 못한 기능이 밝혀졌습니다
카롤린스카 연구소 G2/M 단계에서 코헤신 로더 Scc2의 고갈은 염색체 루프 형성을 방해합니다. (A) G2/M 정지 WT 세포 또는 G2/M 정지 시 Scc2와 Wpl1이 고갈된 후 세포(Scc2-AID, Wpl1-AID)에서 염색체 XIV 팔(왼쪽 텔로미어에서 150~450kb)을 따라 cis 상호 작용을 보여주는 정규화된 Hi-C 접촉 맵(2kb 비닝). 그림 1B와 같이 강조 표시되며, Wpl1 고갈 후에만 감지된 루프 앵커를 보여주는 밝은 녹색 화살표가 추가로 표시되어 있습니다. (B) G2/M 정지 WT 세포에서 염색체 cis 상호 작용을 Scc2와 Wpl1이 고갈된 세포(Scc2-AID, Wpl1-AID)에서 감지된 것과 비교하는 정규화된 Hi-C 비율 맵(비닝 없음), (A)에 나타난 것과 동일한 염색체 영역을 따라 있습니다. (C) G2/M-정지 WT 세포에서 상호작용을 표시하거나, G2/M 정지에서 Scc2와 Wpl1(Scc2-AID, Wpl1-AID)이 고갈된 후의 게놈 거리의 함수로서의 접촉 확률 플롯. (D) G2/M-정지 WT 세포에서 코헤신 부위에 고정된 루프 수, 또는 G2/M 정지에서 Scc2와 Wpl1(Scc2-AID, Wpl1-AID)이 고갈된 후의 루프 수. (E) G2/M-정지 WT 세포에서 cis 및 trans 상호작용의 정량화, 또는 G2/M 정지에서 Scc2와 Wpl1(Scc2-AID, Wpl1-AID)이 고갈된 후의 상호작용. (D) 및 (E)는 두 개의 생물학적 반복에서 얻은 결과를 표시하고, 통계적 유의성은 이항 검정의 P 값으로 표시됨. 출처: Science Advances (2022). 한국어: DOI: 10.1126/sciadv.abn7063
새로운 발견은 세포 핵에서 염색체의 기능과 조직 간의 진보적이고 예상치 못한 양방향 소통을 보여줍니다. 이전 연구에 따르면 염색체 DNA를 루프로 조직하면 유전자 판독(전사)과 염색체 복사(복제)가 조절됩니다. 새로운 결과에 따르면 전사와 복제가 염색체 루핑을 제어하여 암과 같은 질병을 피하는 데 중요한 것으로 알려진 새로운 상호 작용을 보여줍니다.
Karolinska Institutet의 생명과학 및 영양학과와 세포 및 분자생물학과의 연구원들은 Science Advances 에 게재한 새로운 연구에서 세포핵 내 염색체의 3차원적 구성이 유전자를 읽고(전사) 염색체를 복제하는(복제) 메커니즘에 의해 지배된다는 것을 보여주었습니다. 그들은 코헤신이라는 단백질 복합체의 진행을 제한함으로써 이를 수행하는데, 코헤신은 염색체 DNA를 따라 미끄러져 고리 모양으로 접힙니다.
이러한 발견은 건강한 세포의 기능을 이해하는 데 필수적입니다. 또한 접힘은 질병을 촉진하는 이상으로부터 염색체를 보호하는 여러 세포 과정 에 필수적이므로 의학적 관점에서도 관련이 있습니다.
"이러한 양방향 의사소통에 대한 우리의 연구 결과는 염색체 조직과 게놈 기능 및 안정성에서 코헤신의 역할에 대한 새로운 관점을 제시합니다."라고 크리스티안 제프슨과 함께 이 출판물의 책임 저자로 참여한 카밀라 비요르케그렌 교수가 말했습니다. 이 연구는 효모를 모델로 사용하고, 염색체 상호작용에 대한 고급 DNA 시퀀싱 기반 분석, 소위 Hi-C 분석을 사용하여 수행되었습니다.
효모-인간 비교에서 염색체 조직과 기능의 기본 원리가 대체로 동일하다는 것은 오래 전부터 알려져 왔습니다. 연구자들의 다음 단계는 DNA 나선 구조를 분석에 포함하는 것입니다. 예비 결과에 따르면 염색체 루프 형성에 대한 판독 및 복사 메커니즘의 효과는 이중 나선 의 구조적 변화를 통해 전달됩니다 . 이러한 결과가 확장된 분석에 부합한다면 염색체 3D 조직의 기초가 DNA의 나선 구조에서 발견될 수 있음을 시사합니다.
추가 정보: Kristian Jeppsson et al, Cohesin-dependent chromosome loop extrusion is limited by transcription and stoped replication fork, Science Advances (2022). DOI: 10.1126/sciadv.abn7063 저널 정보: Science Advances
https://phys.org/news/2022-06-reveals-unexpected-function-basic-dna-based.html#google_vignette
.What Is a Light-Year?
광년이란 무엇인가?
NASA 에 의해2024년 12월 15일
빛은 초당 186,000마일이라는 엄청난 속도로 이동하며, 1년에 5조 8,800억 마일을 이동합니다. 이 측정 단위인 광년은 우주의 광대함을 설명하는 데 도움이 됩니다. 출처: SciTechDaily.com
광년이란 무엇인가? 광년 은 빛이 1년 동안 이동하는 거리입니다. 빛은 믿을 수 없을 정도로 빠르게 이동합니다. 초당 약 186,000마일(300,000km)로, 1년에 5.88조 마일(9.46조km)을 이동합니다. 우주의 광대함을 측정하기 위해 우리는 광시간을 사용합니다.
광시간은 특정 시간 틀에서 빛이 이동하는 거리입니다. 우주에는 빛보다 빠르게 움직이는 것이 없으므로 천문학적 거리에 대한 유용한 기준입니다. 예를 들어, 1분 동안 빛은 11,160,000마일을 이동합니다. 햇빛은 약 4억 8,400만 마일 떨어진 목성 에 도달하는 데 약 43.2분이 걸립니다. 빛은 1시간 동안 6억 7,100만 마일을 이동합니다. 빛의 놀라운 속도에도 불구하고, 우주의 광대한 규모는 그런 거대한 거리조차 거의 헤아릴 수 없게 만듭니다.
출처: NASA /JPL-Caltech
태양계의 광속 여행 지구는 태양으로부터 약 8광분 떨어져 있습니다. 먼 오르트 구름이 있는 태양계의 가장자리에 도달하려면 빛의 속도로 약 1.87년이 걸립니다. 가장 가까운 이웃 별인 프록시마 센타우리까지 여행하려면 빛의 속도로 4.25년이 걸립니다. 우주의 광대함을 생각할 때 엄청난 규모의 숫자를 언급하기는 쉽지만, 천체들이 얼마나 광대하고 멀리 떨어져 있고 그 수가 많은지 진정으로 이해하는 것은 훨씬 더 어렵습니다.
예를 들어, 다른 별 주위를 도는 행성인 외계 행성 까지의 실제 거리를 더 잘 파악하려면 외계 행성이 있는 곳인 은하수부터 시작할 수 있습니다. 은하수와 그 너머 우리 은하는 중력적으로 묶인 별들의 집합으로, 공간을 나선형으로 휘감고 있습니다. 지금까지 얻은 가장 깊은 이미지에 따르면, 우리 은하는 관측 가능한 우주에 있는 약 2조 개의 은하 중 하나입니다. 그 중 일부는 은하단으로 묶여 있고, 이들은 초은하단을 형성합니다.
초은하단은 우주를 가로지르는 거대한 시트 형태로 배열되어 있으며, 어두운 공허가 산재해 있고, 전체에 일종의 거미줄 구조를 제공합니다. 우리 은하는 아마도 1,000억에서 4,000억 개의 별을 포함하고 있으며, 약 10만 광년의 폭을 가지고 있습니다. 이는 엄청나게 들리고, 적어도 다른 은하와 비교하기 시작하기 전까지는 그렇습니다. 예를 들어, 우리 이웃 안드로메다 은하는 약 22만 광년의 폭을 가지고 있습니다.
또 다른 은하인 IC 1101은 무려 400만 광년에 걸쳐 있습니다. NASA의 케플러 우주 망원경 의 관측에 따르면 , 하늘에서 보이는 모든 별에는 적어도 하나의 행성이 있을 것이라고 확신을 가지고 예측할 수 있습니다. 현실적으로, 우리는 단일 행성이 아니라 다중 행성계에 대해 이야기하고 있을 가능성이 큽니다. 수천억 개의 별이 있는 우리 은하에서 이는 잠재적으로 수조 개로 행성의 수를 늘립니다.
케플러와 다른 망원경이 우주와 지상에서 수행한 확인된 외계 행성 탐지는 현재 4,000개가 넘습니다. 이는 우리 은하의 아주 작은 부분만을 살펴본 결과입니다. 이 중 다수는 표면에 액체 물이 웅덩이를 이루기에 적절한 온도일 수 있는 작고 바위가 많은 세계입니다. 가장 가까운 외계 행성: 프록시마 센타우리 알려진 가장 가까운 외계 행성은 지구에서 바로 옆에 있는 별인 프록시마 센타우리를 공전하는 작고 아마도 바위 같은 행성입니다.
4광년 이상 떨어져 있고, 24조 마일 떨어져 있습니다. 항공사에서 제트기로 그곳까지 가는 항공편을 제공한다면 500만 년이 걸릴 것입니다. 이 세계에 대해 알려진 바는 많지 않습니다. 가까운 궤도와 주기적인 별의 플레어는 거주 가능 가능성을 낮춥니다. TRAPPIST-1 시스템은 지구와 비슷한 크기의 행성 7개로, 약 40광년 떨어진 적색 왜성을 공전하고 있습니다. 이들은 바위일 가능성이 매우 높으며, 4개는 표면에 액체 물이 존재할 수 있는 궤도 거리인 "거주 가능 구역"에 있습니다.
그리고 컴퓨터 모델링에 따르면 일부는 물이 많은(또는 얼음이 많은) 세계일 가능성이 높습니다. 앞으로 몇 년 안에 대기나 바다가 있는지, 아니면 거주 가능성의 징후가 있는지 알아낼 수 있을 것입니다. 은하계에서 우리에게 알려진 가장 먼 외계 행성 중 하나는 케플러-443 b입니다. 빛의 속도로 여행하면 거기에 도착하는 데 3,000년이 걸립니다. 또는 60mph로 여행하면 280억 년이 걸립니다.
https://scitechdaily.com/astronomy-astrophysics-101-what-is-a-light-year/
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