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DNA是生物体中最主要的遗传物质,DNA的复制、重组、转录和染色体结构的维持、重构等生物学过程是一切生命活动最重要的核心与基础之一,而DNA参与的这些重要功能的行使离不开各种蛋白酶与蛋白调控因子的作用。越来越多的研究证实,认清这些作用对很多遗传性疾病的治疗和基因工程上的应用具有重要的意义。DNA一蛋白质之间的相互作用也因此日益成为学术研究中的重点与热点之一。 目前对DNA一蛋白质相互作用的研究大多数集中在对某个具体的蛋白与其特异性识别序列的结合机制及该作用导致的功能性后果的意义等方面,然而在生物体内,一段DNA上通常存在有多个蛋白质结合位点。当多个蛋白结合在临近的DNA结合位点上时,由于DNA本身特殊的力学性质,导致一个DNA结合蛋白有可能通过DNA别构效应传递的长程相互作用影响另一个DNA结合蛋白与DNA的结合。本项工作就着眼于此,针对两个邻近的DNA结合蛋白,分别从生物体内与体外两方面对它们与DNA的相互作用及其影响进行了研究,并根据实验结果与理论模型提出了一个可能的机制。 我们首先运用单分子荧光技术,在体外构建的实验体系下分别观测了荧光标记的来自原核生物的蛋白LacR和来自真核生物的蛋白GRDBD在各自DNA结合位点上的结合时间。我们发现,这两个蛋白与DNA的结合时间会受到另一个在空间上难以与之产生直接接触的另一个DNA结合蛋白的影响。通过改变两个蛋白结合位点之间DNA序列的长度,我们发现这种影响呈现出以大约每10bp为一个周期的周期性变化,这与DNA双螺旋每周期的碱基数相匹配。同时,周期的振幅随两个蛋白结合位点之间DNA序列长度的增加而衰减。体外的对照实验暗示这种效应与两个蛋白间直接的蛋白一蛋白相互作用无关,而很有可能是DNA本身结构的改变造成的。 进一步的体内实验证明在大肠杆菌细胞内也存在着类似的效应,位于T7启动子上游的LacR的结合会使T7RNA聚合酶在T7启动子上的转录水平随lacO位点与T7启动子位点之间的DNA序列长度的改变而呈现出周期性效应。说明这可能是一种影响基因表达调控的因素或是一种潜在的新型基因表达调控手段。通过对T7启动子序列的荧光标记,我们分析了LacR对T7 RNAP与T7启动子序列的结合时间的影响,并认为LacR导致的T7RNAP与启动子序列DNA的结合时间的改变很可能就是转录水平变化的原因。 最后,结合另一项理论工作的研究结果,我们对这种周期性现象产生的原因提出了一种可能的机制。实验结果和三维结构模型都与该理论模型计算的结果显示出了显著的一致性。该模型暗示,从能量的角度看,DNA分子与两个蛋白结合后形成的“顺式”与“反式”构象很有可能就是造成我们观察到的周期性效应的原因。