Introduction

Jayil’s lab is seeking to elucidate the molecular mechanisms underlying DNA metabolism using a novel single-molecular image technique, DNA curtain, as well as diverse bio-physicochemical methods

DNA metabolism

DNA metabolism is the entire biological process to synthesize, maintain, modify, and/or degrade DNA. DNA metabolism is one of the most essential cellular activities in all kingdoms of life. It encompasses a broad range of reactions related to DNA such as DNA replication, transcription, and regulation, DNA damage repair, chromatin dynamics, and epigenetics. Failure of one DNA metabolic reaction can cause serious diseases. Therefore, investigating the molecular mechanisms underlying DNA metabolic reactions is highly important not only for understanding the biological fundamentals but also for treating malignant diseases.

Single-molecule DNA curtain assay

Traditional biochemical or molecular biological approaches handle a number of biomolecules in a test tube and measure the overall average properties, called ensemble effect. Sometimes, some pieces of important information on the biomolecules are hidden by the ensemble effect. Single-molecule spectroscopy excludes the ensemble effect by observing individual molecules at the single-molecule level. Furthermore, it enables us to examine the molecular interaction in a direct manner. The DNA curtain assay is a high-throughput system integrating nano-fabrication, lipid fluidity, micro-fluidics, and fluorescence imaging (total internal reflection fluorescence microscopy, TIRFM), which allows us to visualize individual proteins on a single DNA molecule. We can study where a protein specifically binds, how a protein moves on DNA, how two or more proteins interact with each other on DNA, and how long those interactions takes. This system is universal to study diverse types of protein-DNA interactions. Undoubtedly the DNA curtain assay is the most suitable platform to investigate DNA metabolism.