Journal de la technologie microbienne et biochimique

Abstrait

Superenroulement en spirale de l'ADN et interconnexion topologique intramoléculaire

Xitai Huang, Jia Yu, Zhenfeng Zhang et Kou Cao

L'ADN du chromosome d'Escherichia coli a été observé auparavant comme étant constitué de sous-unités de superenroulement en spirale d'Archimède. La manière dont les cellules construisent une telle structure d'ADN reste inconnue. Dans la présente étude, des images de microscopie à force atomique (AFM) ont montré que l'ADN pBR322 superenroulé forme une structure en spirale lors de l'intercalation avec 0,5 μg/ml de bromure d'éthidium (EB), qui était auparavant considéré comme une densité superhélicoïdale nulle. De nouvelles preuves suggèrent qu'une nouvelle liaison topologique, l'interconnexion topologique intramoléculaire (ITL), favorise la formation de spirale d'ADN. Sans intercalation, l'ADN pBR322 superenroulé présente une superenroulement plectonémique avec une distribution inégale de la densité de la superenroulement. Une observation similaire a également été faite lorsque l'ADN a été surintercalé par EB (20 μg/ml). Les résultats ont indiqué que l'ITL fonctionne comme un frein pour bloquer la torsion des doubles brins hélicoïdaux et compartimenter l'ADN circulaire en différents domaines de densité superhélicoïdale. Lorsque l'ADN a été dénaturé en milieu alcalin, les images AFM ont montré que l'ITL reste constant. Lorsque l'ADN pBR322 dénaturé a été coupé avec l'endonucléase de restriction PstI, l'ADN digéré a conservé des liaisons intramoléculaires pour converger vers un centre avec deux extrémités coupées libres. Des intermédiaires interconnectés peuvent être observés lorsque l'ADN pBR322 naturel a été digéré avec HindIII et la nickase Nb. Bpu10I spécifique au site. Toutes les preuves suggèrent que l'ITL est présent dans l'ADN pBR322 et provoque un superenroulement en spirale de l'ADN. Il a été découvert que les topoisomères d'ADN avec un nombre d'ITL différent se retrouvent dans une échelle de bandes lors de l'électrophorèse qui est distincte des topoisomères d'ADN produits par la gyrase d'E. coli formant un frottis. Dans un système acellulaire contenant un extrait de cellule d'E. coli, nous démontrons que la topoisomérase IV est nécessaire à la production de topoisomères d'ADN ITL à partir d'un substrat d'ADNccc relaxé. Collectivement, nos données suggèrent que l'ITL représente un nouvel élément de la structure topologique de l'ADN. Le superenroulement en spirale de l’ADN pourrait être une structure universelle présente dans la cellule.