AIツールは、健康への影響を予測するのに役立つDNA結び目

DNAはcr屈な細胞で曲がり、ループし、交差します。これらの「ノット」は、生命を助けたり妨害したりできます。科学者たちは長い間きちんとしたはしごのようなひねりを教えてきましたが、厄介な真実と何年も格闘していました。研究者は現在、DNAの交差を視覚化し、単一分子のレベルで鎖を決定する迅速な方法を開発しました。 この方法は、高解像度のイメージングとSmartソフトウェアのペアをペアにし、多くの時間がかかっていた回答をすばやく提供します。この研究は、の生物物理学の教授であるアリス・パインが主導しました シェフィールド大学。DNAの隠れた結び目のマッピングこのグループは、原子力顕微鏡（AFM）を使用してDNAを画像化し、その後、すべての交差点を識別し、それをオーバーまたはアンダーのようにラベル付けする深い学習パイプラインで各分子の経路を追跡しました。 チームは、単一のDNAサークルのトポロジ、長さ、および局所形状、およびそれのもつれを分子下の詳細を回復できることを実証しました。光ベースの顕微鏡とは異なり、原子間力顕微鏡検査はナノスケールプローブで表面を感じます。これは、液体での単一分子作業に適しています。 原子力顕微鏡の役割Sheffield Pipelineは、各ストランド交差で高さプロファイルを測定し、半幅の最大比較を適用して、どのDNA鎖が通過するかを識別することにより、これを進めます。この方法は、特に交差が近接して発生する場合、精度を向上させます。その後、ソフトウェアは分子全体のトポロジークラスを出力するため、研究者はゲルの位置または目で結び目を推測する必要はありません。DNAノットと病気細胞は、遺伝子へのアクセスを管理し、ゲノムをそのままに保つためにDNAトポロジーに依存しています。バランスのヒントがある場合、ダメージが蓄積し、システムの修理システムが苦労します。包括的なレビューでは、各ヒトトポイソメラーゼファミリーメンバーがどのようにDNAを切り取り、スーパーコイルとカテネーションを管理するかを説明しています。また、これらの酵素が抗生物質と抗がん剤の重要な標的としてどのように役立つかを示しています。これらのリンクは抽象的ではありません。複製または転写トリガーの破壊、停止したフォーク、遺伝子発現の変化、および疾患リスクの増加中の交差とねじれを不正に管理しました。どの鎖が各交差点に座っているかをきれいに読み取る方法は、セルのトポロジーコントロールがいつどこで滑るかを示すことができ、薬物候補がそれらのパターンをどのように変えるかを明らかにすることができます。ソフトウェアが単純なプラスミドを超えて動作することを示すために、著者は、で形成された複製中間体でそれをテストしました アキセノパス 卵抽出物。この確立されたシステムは、生細胞の外でDNA合成を模倣しています。これらの抽出物のプロトコルは、DNAのライセンスとコピーに必要なすべての要因が含まれていることを示しています。これにより、科学者はフォークを一時停止し、実際の中間体を捕捉できます。また、特定のDNAノットとリンクを使用して作成しました 大腸菌 タンパク質は、システムがそれらを正しく識別できるかどうかをテストしました。 チームは、この方法が約1％の精度で単純なDNA円のサイズを測定できることを実証しました。また、ストランドがどのように互いに交差したかを追跡することにより、2つの同様の5回転の結び目タイプを区別しました。「私たちは、数秒かかったかもしれない数秒で行うことができる高度な新しい画像分析ツールを開発することでそれを実施しました」とPyne氏は言います。ストランドをバラバラにするもつれを視覚化する最も難しい部分は、2つのセグメントが交差することを見ることではありません。著者は、各交差点で小さくて測定可能な高さの違いを使用することにより、この問題を解決しました。 その後、研究者は、タイトジャンクションでトラックを失うことなく、DNAパスに従うようにモデルを訓練しました。「DNAは本当に長い分子です」と、研究の共著者であるショーン・コロムズ博士は、分子生物科学大学の学部のココロムズ博士博士が述べました。 グラスゴー。 「長い弦のように、細胞のDNAは絡み合って結び付けられます。」「各DNAの交差で、どのDNAがどのDNAがどのようなものかを確認することができます。これにより、1つの結び目とその鏡像の違いを伝えることができます。これは、研究で重要です。」 DNAノットガイド新薬単一分子のもつれを分類する能力は、薬物ハンターに複製、転写、または脱浸度を変化させる化合物の読み出しを与えます。 また、ループと交差点が迷惑ではなく足場の一部であるDNAナノテクノロジーの設計を導くこともできます。 以前の研究では、原子力顕微鏡をすでに使用しており、スーパーコーリングが溝の幅と局所認識をどのように変化させるかを確認しています。この研究は、形状の手がかりがタンパク質の結合を導くのに役立つ可能性があることを示唆しています。「高度なモデルを開発することで、数千の分子構造を生成して将来のAIフレームワークを訓練し、複雑なDNAアセンブリのトポロジーを視覚化および理解することに近づくことができます」SAS）。DNAマッピングは簡単ではありませんすべての方法にはトレードオフがあります。原子力顕微鏡では、DNAを表面に取り付け、先端で優しく押す必要があるため、条件がうまく調整されていない場合、吸着力とイメージング力が立体構造を変化させることができます。 2021 AFMレビューでは、陽イオン、ポリマー、スキャン設定がどのようにMICAの結果を形成し、一貫性を強調するかを示しています。それでも、Sheffieldパイプラインはオブザーバーのバイアスとスケール分析を減らし、静かに誤解するのではなく、信頼スコアによってトリッキーなケースにフラグを立てることができます。 また、フォークジャンクション、ギャップ、および反転したフォークをスケッチではなく数字に変えることにより、複製生物学をより具体的にします。印象から測定へのシフトは、フィールドによりシャープな質問をすることができます。成長する余地があります。同じトレースアプローチは、RNA、タンパク質核酸複合体、および操作された格子にまで拡張する必要があります。 ライブイメージングと選択化学を追加すると、トポロジースナップショットを時間と特定のタンパク質にリンクして、トポイソメラーゼ薬およびそれ以降の読み取りを改良する可能性があります。この研究はジャーナルに掲載されています 自然コミュニケーション。- -Eric RallsとEarth.comから提供された無料のアプリであるEarthSnapで私たちをチェックしてください。- - #AIツールは健康への影響を予測するのに役立つDNA結び目