活细菌中DNA旋转酶的单分子研究洞见

沿着 DNA 运动的分子马达会引入正超螺旋，这些正超螺旋会形成复制障碍并导致基因组不稳定。为抵消这一效应，细菌细胞表达 DNA 促旋酶（DNA gyrase），这是一种能够引入负超螺旋的拓扑异构酶。尽管基于遗传学和体外生物化学研究，我们已对 DNA 促旋酶有了较多认识，但这种酶在时空维度上的动态行为仍然是一个谜。直到最近，借助先进的超分辨率显微技术，我们才得以在单分子水平上观察其体内时空动态。 我们采用 Slimfield 显微镜技术——一种前沿的分子显微技术——来弥补这一知识空白。我们分析了一株带有双荧光标记的大肠杆菌菌株，该菌株表达复制体标记 DnaN-mCherry 以及作为酶标记的 mYPet-GyrB。我们对同一菌株中被标记的蛋白质进行了序贯 Slimfield 显微成像，并分析了活体大肠杆菌细胞内 GyrB 相对于复制体的体内动态。我们发现，大多数复制体都与 GyrB 相关联。抑制促旋酶活性会降低与 GyrB 相关联的复制体比例。有趣的是，GyrB 的行为不同于先前研究中观察到的 GyrA 行为。 我们的结果揭示了活细菌细胞内此前未知的 GyrB 动态，突显了体内单分子研究的优势。我们的发现还表明，要全面理解功能性酶复合物在体内的作用机制，分析其所有亚基至关重要。本研究证明，单分子超分辨率显微技术作为一种关键基础技术，对于理解生物医学重要分子在体内的行为具有重要价值。我们的认识将有助于推动干扰促旋酶功能的新型抗生素的发现与开发，从而为应对日益严峻的抗微生物药物耐药性问题作出贡献。

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