Our recent collaborative research work “Multiple Binding Configurations of Fis Protein Pairs on DNA: Facilitated Dissociation versus Cooperative Dissociation“ is published in Journal of the American Chemical Society.
I am so happy to share this news with everyone! My first JACS paper at TKU is published. This work is carried out through a collaborative effort with a research team led by Prof. Peter Wolynes in Rice University.
很高興與大家分享在淡江頭一篇發表在JACS的喜悅! 這項工作是透過與萊斯大學理論生物物理中心的研究團隊合作所完成。
中文簡介
此篇研究工作使用理論計算方法，模擬蛋白質與DNA交互作用的動態過程。由於這些動態過程會影響基因的表達以及其調控，若基因表達失調，便會造成細胞的功能喪失，甚至死亡。因此，蛋白質於DNA上完成基因表達任務後，是如何從DNA分離，是了解基因調控機制重要的一環。近年來，實驗研究團隊使用單分子實驗技術，發現蛋白質 Fis (一種細菌核關聯蛋白) 從DNA游離的速率與目前的標準熱力學模型相悖。由於受限於實驗設計，研究人員並不清楚此現象的具體機制，無法窺探反應的全貌。而一般全原子模擬亦受限計算資源，無法用來探索關鍵的長時間尺度。換句話說，實現大尺度時間模擬是研究此現象的關鍵！針對此難題，本人與美國萊斯大學理論生物物理研究中心的研究團隊建立一套粗粒化蛋白質-DNA模擬體系，首次通過長時間模擬軌跡，發現單一蛋白質在DNA上會自然出現一種有別於一般全結合態的「半分離」態。當溶液中出現多個蛋白質與原本就結合在DNA上的蛋白質作用時，此「半分離」協調兩種可能分離途徑: 1. 促進分離(Facilitated dissociation) 2. 合作分離(Cooperative dissociation)(如右下圖所示)。前者在生物功能上有「置換」原結合蛋白質的效果，有助於蛋白質的汰舊換新。後者更透過形成獨特的「二元對子」中間態構型，共同從DNA分離， 可做為一種分子開關生物裝置，在其基因調控的系統生物學具有重要意義。這些預測的蛋白質-DNA的多元組裝、構型，可為細胞內基因調控機制的新原型，挑戰了當前標準的熱力學模型!
Tsai et al., J. Am. Chem. Soc. 2019 Published on line
Adapted from Rice News (https://news.rice.edu/2016/10/03/)
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