在細胞內(nèi)，DNA緊緊盤繞，并與幾種蛋白質(zhì)包裝成一種稱為“染色質(zhì)"的結(jié)構(gòu)，這可讓DNA適應(yīng)細胞環(huán)境，同時也防止基因在錯誤的時間表達。在一個化學(xué)“條碼"的指導(dǎo)下，專門的效應(yīng)蛋白可以結(jié)合染色質(zhì)，解開它或進一步壓縮，以激活或沉默基因。該系統(tǒng)對生物學(xué)和醫(yī)學(xué)具有巨大的影響。然而，效應(yīng)蛋白-染色質(zhì)相互作用的效率，一直是難以捉摸的，特別是由于兩者之間的弱約束力。瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的科學(xué)家，通過同時跟蹤一個分子的這些相互作用，發(fā)現(xiàn)，一種重要的效應(yīng)蛋白如何快速尋找與其他同類配對的染色質(zhì)結(jié)合位點。
研究表明，一個主要的效應(yīng)蛋白通過更強烈地結(jié)合染色質(zhì)，而不是與其更快地結(jié)合、再結(jié)合，來增加其效率。這個蛋白質(zhì)稱為HP1α，可相對容易地從染色質(zhì)上分離，在與DNA相互作用的蛋白質(zhì)當(dāng)中，這是常見的。為了彌補這一“松散結(jié)合"，HP1α可加快其結(jié)合率，但也會成對地在一起，zui大化它的結(jié)合位點
科學(xué)家們用單分子測量——一種高度敏感的實驗方法。在之前，這項技術(shù)從來沒有用于這方面，可讓研究人員實時觀察到與染色質(zhì)相互作用的單個HP1α蛋白質(zhì)。該團隊還合成了含有適當(dāng)化學(xué)標識符的染色質(zhì)纖維，并且他們用這個系統(tǒng)來探討不同條件和實驗參數(shù)下的HP1α結(jié)合。
除了結(jié)合率的增加之外，科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)HP1α連接到其他HP1α蛋白成為二聚體時，它能增加其結(jié)合位點，這樣，它就可以zui大限度地與染色質(zhì)相互作用。重要的是要記住，細胞內(nèi)的相互作用并不是靜態(tài)的；分子不斷地連接和斷開，往往爭奪相同的位置。通過提高其結(jié)合速度，并增加其結(jié)合位點，HP1α有更好的機會更久地結(jié)合染色質(zhì)，從而調(diào)節(jié)基因的表達。
由于這一機制對細胞增殖和生長的重要性，所以在癌癥研究和有問題的基因調(diào)控所造成的疾病中，它有著特殊的意義。現(xiàn)在，Fierz的團隊正努力將他們的單分子方法進行擴展，來研究更復(fù)雜的過程，特別損傷DNA是如何修復(fù)的。他說：“我們要觀察發(fā)生的復(fù)雜生物學(xué)現(xiàn)象，并在定量水平上理解它。我們的化學(xué)方法使我們能*控制蛋白質(zhì)-染色質(zhì)動力學(xué)，當(dāng)前的研究為這些的見解，打好了基礎(chǔ)。"
