2013年2月15日美國(guó)《科學(xué)》雜志發(fā)表了題為“Probing Allostery through DNA”的研究報(bào)告，通過(guò)單分子生物物理等手段嚴(yán)謹(jǐn)?shù)刈C實(shí)了DNA中確實(shí)存在別構(gòu)效應(yīng)。該研究揭示了DNA一個(gè)新的基本性質(zhì)，不但在物理上非常有趣，而且有重要的生理意義。

該項(xiàng)工作是由美國(guó)科學(xué)院院士、哈佛大學(xué)化學(xué)與化學(xué)生物學(xué)系教授及北京大學(xué)長(zhǎng)江講座教授謝曉亮的哈佛大學(xué)研究組和北京大學(xué)生物動(dòng)態(tài)光學(xué)成像中心(BIOPIC)孫育杰/謝曉亮研究組、蘇曉東研究組合作完成。

別構(gòu)效應(yīng)廣泛存在于蛋白質(zhì)特別是酶中。別構(gòu)效應(yīng)是描述遠(yuǎn)離活性中心的結(jié)合到變構(gòu)位點(diǎn)的效應(yīng)因子能夠通過(guò)蛋白質(zhì)的長(zhǎng)程構(gòu)象變化來(lái)影響蛋白質(zhì)功能（酶活性）的現(xiàn)象。而作為遺傳信息的載體，DNA上有很多特異的蛋白結(jié)合位點(diǎn)，這些位點(diǎn)在結(jié)合了蛋白分子前后會(huì)具有較大的構(gòu)象變化，那么，DNA是否也像蛋白質(zhì)那樣具有別構(gòu)效應(yīng)，即結(jié)合在同一條DNA雙螺旋鏈上的兩個(gè)蛋白分子是否在沒(méi)有直接接觸的情況下可以通過(guò)DNA雙螺旋的構(gòu)象變化而影響各自的DNA結(jié)合能力？比較合理的預(yù)期是DNA應(yīng)該具有別構(gòu)效應(yīng)，然而通過(guò)常規(guī)方法人們一直沒(méi)有觀測(cè)到過(guò)這種效應(yīng)。

謝曉亮等通過(guò)研究，揭示了上述預(yù)期的別構(gòu)效應(yīng)確實(shí)存在于雙鏈DNA中。研究人員在一段DNA雙螺旋上設(shè)計(jì)了兩種蛋白分子的結(jié)合位點(diǎn)，并且調(diào)節(jié)其間DNA的長(zhǎng)度。通過(guò)單分子全內(nèi)反射熒光顯微鏡可以觀察熒光標(biāo)記的單個(gè)蛋白分子從其DNA結(jié)合位點(diǎn)上掉下來(lái)的速率，從而測(cè)定該蛋白分子對(duì)于此位點(diǎn)的相對(duì)結(jié)合能力。實(shí)驗(yàn)表明兩個(gè)不同的DNA結(jié)合蛋白可以影響各自對(duì)DNA的結(jié)合能力，而且其變化隨兩個(gè)蛋白之間DNA鏈的長(zhǎng)度同時(shí)增強(qiáng)或變?nèi)?，呈現(xiàn)出一種周期性，這個(gè)周期大約是10個(gè)堿基對(duì)，正好是DNA雙螺旋的一個(gè)周期，并且這種效應(yīng)的大小會(huì)隨著兩個(gè)蛋白之間的距離增加而衰減。

研究人員進(jìn)一步通過(guò)各種對(duì)照實(shí)驗(yàn)及分子動(dòng)力學(xué)模擬計(jì)算，確認(rèn)了這種效應(yīng)不是其它因素（如蛋白－蛋白相互作用、靜電相互作用等）造成的，而是由蛋白質(zhì)結(jié)合到DNA上導(dǎo)致的DNA雙螺旋的構(gòu)象變化即DNA的別構(gòu)效應(yīng)引起的。

DNA別構(gòu)效應(yīng)比較大，約有5倍左右，而這種效應(yīng)因?yàn)閭鹘y(tǒng)的系宗實(shí)驗(yàn)不夠精確而一直無(wú)法被測(cè)得。此外，DNA的別構(gòu)效應(yīng)是DNA的一個(gè)基本性質(zhì)，不依賴于蛋白質(zhì)的性質(zhì)及種類。由于很多DNA結(jié)合蛋白，如轉(zhuǎn)錄因子和RNA聚合酶等在DNA上經(jīng)常結(jié)合地較近，并協(xié)同行使功能，所以現(xiàn)在需要在理解基因調(diào)控的時(shí)候考慮這一效應(yīng)。該項(xiàng)工作會(huì)還證明了DNA別構(gòu)效應(yīng)的確可以在活細(xì)胞內(nèi)影響基因表達(dá)，所以這種效應(yīng)在生理上是重要的?！犊茖W(xué)》雜志在同期述評(píng)中也指出，這種通過(guò)雙螺旋DNA導(dǎo)致的別構(gòu)效應(yīng)對(duì)于基因調(diào)控具有深遠(yuǎn)意義。