Single-Molecule Observation Revisits the Directionality of Bacteriophage DNA Ejection
- 주제(키워드) Single-molecule , Ejection , λ DNA , LamB , Restriction Maps
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 조규봉
- 발행년도 2021
- 학위수여년월 2021. 8
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 화학과
- UCI I804:11029-000000066049
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권보호를 받습니다.
초록/요약
DNA ejection from a bacteriophage DNA ejection from the bacteriophage capsid is essential for virus infection. Hence, many intensive studies have focused on this area; however, the directionality of DNA ejection from the capsid still unclear. In view of these concerns, this work offers approaches for analyzing the directionality of ejected phage DNA from the capsid using restriction maps. The restriction maps are a useful approach to visualize the sequence direction of single-molecule DNA. Moreover, the restriction maps can visualize the directionality of λ phage DNA ejection. As a result, restriction maps successfully show the DNA ejection from the left end and the right end. Our results show that phage DNA ejection at either the left or right end with a ratio of 44.3% + 3.4 :55.7% + 3.4 (with LamB) and 33.7% + 3.5 :66.3% + 3.5 (with glutaraldehyde). In addition, we performed molecular simulations by mimicking the DNA packaging, resting, and ejection mechanisms to study how the DNA was released from the capsid. We find that the ejection of DNA from the capsid depends on the distance between each end and entrance of the portal. The distance is determined by the movement and the resting time in the capsid. Our results suggest that λ phage DNA (at rest time 0) is expelled first from the first-in-first-out (FIFO) or the left end with a probability of 0.0-0.5.
more초록/요약
박테리오파지 캡시드에서 숙주 세포로의 DNA ejection은 바이러스 감염 과정에서 중요한 부분이다. 따라서 많은 연구가 이 주제로 집중되었지만 캡시드에서 DNA가 ejection되는 방향성에 대해서는 여전히 논쟁의 여지가 있었다. 이러한 측면에서 본 학위 논문에서는 제한 효소 지도를 이용해 DNA ejection의 방향성을 분석하는 방법을 제시하고자 하였다. 제한 효소 지도는 단일 분자 DNA 서열의 방향성을 시각화하기에 유용한 분석법이다. 따라서 제한 효소 지도를 활용하면 λ phage DNA ejection의 방향성을 시각화하여 확인할 수 있었다. 본 연구를 통해 파지 DNA ejection이 왼쪽 말단과 오른쪽 말단 모두에서 44.3% + 3.4 :55.7% + 3.4 (LamB)과 33.7% + 3.5 :66.3% + 3.5 (glutaraldehyde)의 비율로 나타남을 확인하였다. 또 DNA packaging, resting, ejection메커니즘을 모방하여 분자 시뮬레이션을 수행함으로써 캡시드에서 DNA가 어떻게 방출되는지를 연구하였다. 이를 통해 캡시드에서 방출되는 DNA의 방향이 각 말단과 포털 입구 사이의 상대적인 거리로 결정된다는 것을 알아냈다. 이러한 상대적 거리는 캡시드 안에서의 mobility/resting time에 의해 결정된다. 이러한 결과로 인해 rest time 0에서 λ phage DNA가 0.0-0.5의 확률로 first-in-first-out (FIFO), 즉 왼쪽 말단에서 먼저 방출된다는 것을 보였다.
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