Science：跳躍的DNA螺旋
日期：2012-09-17 08:16:30
研究人員證實DNA超螺旋是能夠遠距離“跳躍”的動態(tài)結(jié)構(gòu)，這一現(xiàn)象有可能影響了基因調(diào)控。
科學(xué)家們對于長鏈DNA如何包裝到狹小空間中的理解變得更為復(fù)雜了一些。一項關(guān)于單分子DNA的新研究證實超螺旋可通過沿著一條DNA鏈“跳躍”來移動。研究結(jié)果發(fā)布在9月13日的《科學(xué)》（Science）雜志上，為研究人員提供了關(guān)于DNA組裝的新認識，并指出了一條驚人快速的細胞內(nèi)基因調(diào)控機制。
德累斯頓工業(yè)大學(xué)Ralf Seidel （從事沿著DNA分子馬達蛋白運動研究，未參與新研究）說：“這是首個研究解析DNA超螺旋動態(tài)。這一超螺旋跳躍運動使得DNA鏈能夠傳遞超螺旋，以一種非常快的方式將位點聚集到一起。”
DNA是一種雙螺旋，呈自然扭曲。在體內(nèi)，它與稱作組蛋白的蛋白質(zhì)包裝在一起，幫助將數(shù)百萬或數(shù)十億的核苷酸凝聚到細胞核的小空間中。與沿著DNA鏈的蛋白質(zhì)如轉(zhuǎn)錄因子的持續(xù)相互作用可影響雙螺旋扭曲和DNA鏈的“纏繞”。這些超扭曲的螺旋就稱為超螺旋，其形成不同于電話線的線圈。超螺旋將諸如調(diào)控元件和它們控制的基因等不同的DNA片段聚集到一起能夠影響表達。
為了更好地了解超螺旋的行為，代爾夫特理工大學(xué)的Cees Dekker和同事們在單鏈DNA分子中誘導(dǎo)了超螺旋，用熒光染料進行了標記。DNA的一端錨定在一個玻璃毛細管的一側(cè)，另一端連接到一個磁珠上。這使得研究人員能夠利用小磁鐵扭曲DNA誘導(dǎo)超螺旋，并用熒光顯微鏡觀察了它們的運動。
出乎意料的是，研究小組發(fā)現(xiàn)超螺旋以兩種方式其中的一種沿著DNA鏈移動。有時它們沿著DNA鏈慢慢擴散；其他時候，超螺旋會“跳躍”——突然從一個位點消失，同時出現(xiàn)在沿著DNA向下的一個遙遠的位點。
賓夕法尼亞大學(xué)Prashant Purohit（從事DNA行為研究，但沒有參與該研究）說：“相比超螺旋沿著DNA長度向下擴散，這要復(fù)雜得多。DNA并非局部行動，它顯示出DNA鏈的纏繞是整體的，而非是局部數(shù)量的DNA鏈。“
Seidel謹慎地指出到目前為止這一有趣的現(xiàn)象只在裸DNA單鏈上觀察到，因此目前還不清楚當(dāng)DNA很好地包裝并布滿蛋白質(zhì)時在體內(nèi)超螺旋有可能是如何行動的。威斯康星大學(xué)麥迪遜分校威斯康星發(fā)現(xiàn)研究所Bryan Daniels說這樣的行為有可能對于原核細胞中的DNA更為重要，相比于真核細胞原核細胞具有較少的包裝DNA。
細胞的離子環(huán)境也有可能影響超螺旋行為。DNA更有可能凝聚在多價離子而非單價離子環(huán)境中。Dekker和他的同事們在試驗中利用的是單價離子，他們發(fā)現(xiàn)離子濃度越低形成的超螺旋越多。
Dekker和他的研究小組現(xiàn)在正研究不同的DNA序列和DNA結(jié)合蛋白的存在影響超螺旋形成和運動的機制——這是理解體內(nèi)超螺旋運動的第一步。
“在發(fā)現(xiàn)雙螺旋60年后，這令人感到驚異，我們?nèi)匀辉诎l(fā)現(xiàn)DNA的基本特性，”Dekker說。
