Analysis of the Direction of Bacteriophage λ DNA Ejection using AT-specific DNA Visualization
AT 특이적 DNA 시각화를 통한 람다 박테리오파지 DNA의 방출 방향성 분석
- 주제어 (키워드) Lambda Phage ejection , AT-specific visualization , Single-molecule observation , Langevin dynamics
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 조규봉
- 발행년도 2023
- 학위수여년월 2023. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 화학과
- 실제 URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000069816
- UCI I804:11029-000000069816
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록 (요약문)
The mobility and directionality of DNA tightly packed in the capsid of λ bacteriophage remain unclear. The ejection model can be divided into FIFO (First In First Out) or LIFO (Last In First Out). Previous studies using electron microscopy have claimed either to be non-polar, or to eject only via LIFO way. The method for DNA ejection analysis we used was single-molecule observation in a flow cell device. For the ejection of bacteriophage DNA, we used three methods: LamB receptor, Glutaraldehyde, or 65°C heating. Using that the left end of the λ DNA is an AT-poor region and the right end is an AT-rich region, we stained only At of λ to know the direction. Directionality was determined based on the results of specific staining of ejected DNA with ATTO647N-P8 and H-NS-mScarlet. Visualization data revealed that both ends of the phage DNA could be ejected first with a probability close to 50%. In addition, as a result of analyzing the process of ejection using computer simulation, it was confirmed that the probability of FIFO was close to 50%. In addition to directionality, a new fact was found in the visualization experiment that the length of the ejected DNA was longer in the case of LIFO. Also, through simulation, it was obtained that the ejection fraction is different due to the different rigidity of both ends of the DNA. This study confirmed that there is mobility inside the very dense bacteriophage capsid through visualization and computer simulation experiments.
more초록 (요약문)
λ 박테리오파지의 캡시드 안에 높은 밀도로 채워진 DNA 가 갖는 유동성과 방출 방향성은 잘 알려지지 않았다. 방출 모델은 FIFO (First In First Out) 또는 LIFO (Last In First Out) 으로 구분할 수 있다. 전자 현미경을 사용한 이전의 연구들은 극성이 없다고 주장하거나, LIFO 방식으로만 방출된다고 주장하였다. DNA 방출 분석을 위한 새로운 방식으로 Flow cell 장치에서 단일 분자를 시각화여 관찰하였다. 박테리오파지 DNA 의 방출을 위해서는 LamB 수용체, Glutaraldehyde 를 사용하거나 65°C 의 열충격을 가해주는 총 3가지 방법을 사용하였다. 방출된 λ DNA 의 왼쪽 말단은 AT-poor 영역이고, 오른쪽 말단은 AT-rich 영역임을 이용하여 AT 만을 특이적으로 염색하였다. ATTO647N-P8 과 H-NS-mScarlet 으로 방출된 DNA 를 특이적으로 염색한 결과를 바탕으로 방향성을 결정하였다. 시각화 데이터는 파지 DNA 의 양쪽 말단이 모두 50% 에 가까운 확률로 먼저 방출될 수 있음을 밝혀냈다. 그리고 컴퓨터 시뮬레이션을 이용해 파지 DNA 가 방출되는 과정을 분석한 결과에서도 FIFO 의 비율이 50% 에 가까움을 확인할 수 있었다. 방향성뿐만 아니라 LIFO 의 경우에 방출된 DNA 의 길이가 더 길다는 새로운 사실을 시각화 실험으로 발견하였다. 이 또한 시뮬레이션을 통해 DNA 양쪽 말단의 다른 강직성에 의해 방출되는 정도가 다르다는 결과를 얻었다. 본 연구에서는 시각화 및 컴퓨터 시뮬레이션 실험을 통해 매우 높은 밀도의 박테리오파지 캡시드 내부에서 유동성을 갖고 움직임을 확인하였다.
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