研究人員證實(shí)DNA超螺旋是能夠遠(yuǎn)距離“跳躍”的動(dòng)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(duì)于長(zhǎng)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(xiàng)關(guān)于單分子DNA的新研究證實(shí)超螺旋可通過(guò)沿著一條DNA鏈“跳躍”來(lái)移動(dòng)。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(rèn)識(shí)，并指出了一條驚人快速的細(xì)胞內(nèi)基因調(diào)控機(jī)制。

德累斯頓工業(yè)大學(xué)Ralf Seidel （從事沿著DNA分子馬達(dá)蛋白運(yùn)動(dòng)研究，未參與新研究）說(shuō)：“這是首個(gè)研究解析DNA超螺旋動(dòng)態(tài)。這一超螺旋跳躍運(yùn)動(dòng)使得DNA鏈能夠傳遞超螺旋，以一種非?？斓姆绞綄⑽稽c(diǎn)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(wàn)或數(shù)十億的核苷酸凝聚到細(xì)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(dá)。

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?cè)趩捂?/SPAN>DNA分子中誘導(dǎo)了超螺旋，用熒光染料進(jìn)行了標(biāo)記。DNA的一端錨定在一個(gè)玻璃毛細(xì)管的一側(cè)，另一端連接到一個(gè)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(yùn)動(dòng)。

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(dòng)。有時(shí)它們沿著DNA鏈慢慢擴(kuò)散；其他時(shí)候，超螺旋會(huì)“跳躍”——突然從一個(gè)位點(diǎn)消失，同時(shí)出現(xiàn)在沿著DNA向下的一個(gè)遙遠(yuǎn)的位點(diǎn)。

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(shuō)：“相比超螺旋沿著DNA長(zhǎng)度向下擴(kuò)散，這要復(fù)雜得多。DNA并非局部行動(dòng)，它顯示出DNA鏈的纏繞是整體的，而非是局部數(shù)量的DNA鏈?！?/SPAN>

Seidel謹(jǐn)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(shí)在體內(nèi)超螺旋有可能是如何行動(dòng)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(shuō)這樣的行為有可能對(duì)于原核細(xì)胞中的DNA更為重要，相比于真核細(xì)胞原核細(xì)胞具有較少的包裝DNA。

細(xì)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(jià)離子而非單價(jià)離子環(huán)境中。Dekker和他的同事們?cè)谠囼?yàn)中利用的是單價(jià)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(yùn)動(dòng)的機(jī)制——這是理解體內(nèi)超螺旋運(yùn)動(dòng)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(shuō)。