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Cell:看DNA玩转溜溜球游戏

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为了让两米的DNA塞进微型的细胞中,细胞必须极其仔细地将遗传信息链绕成染色体。令人惊讶的是,研究人员发现DNA序列使得它像溜溜球(yoyo)一样地缠绕和解缠绕。相关研究发布在3月12日的《细胞》(Cell)杂志上。


伊利诺伊大学物理学教授、Carl R. Woese基因组生物学研究所成员Taekjip Ha说:“我们发现了这一有趣的DNA物理现象:它的序列决定了细胞内DNA包装的柔性和稳定性。这实际上是非常基本的DNA物理现象。尽管许多人认为我们在几十年前就应该认识到了这一DNA物理现象,但其中仍有惊喜。”


DNA被包装成像串珠手链一样的染色体。DNA缠绕着组蛋白形成核小体。这些核小体被编成串珠链,再被精致地编织成染色体。


科学家们早就知道DNA可以从核小体解缠绕,但他们一直猜测两端是对称的,即DNA解缠绕应该像是解鞋带一样。伊利诺伊大学的研究人员发现,DNA实际上非常不对称,就像是缠绕着溜溜球的绳子。拉动DNA的一端只会让缠绕变紧,而拉动另一端则会使得它像溜溜球一样的解缠绕。


核小体包装的这种物理现象是由DNA序列所决定,它使得DNA链足具柔性得以满足两个相互冲突的原理:它必须足够稳定使得DNA密实紧凑,也必须足够动态使得DNA链能够解缠绕,被读取而生成蛋白质。


Ha说:“许多的研究表明,如果你改变基因的序列,将会影响其他的东西,例如有可能生成不同的蛋白质。但却没有人真正地思考序列改变对于DNA物理学的影响,后者转而引起了生物学改变。”


Ha的研究表明,细胞的蛋白质制造机器更容易从较易解缠绕的核小体“弱”端开始读取。他们认为与癌症等疾病相关的一些遗传突变改变了核小体的稳定性。


“这有可能对如何读取信息以及生成不同的蛋白造成了重大的影响。例如,有可能根据突变引起的DNA柔性和稳定性的改变差异性地生成了抗癌蛋白或是致癌蛋白,”Ha说。


接下来Ha打算利用下一代测序来确定整个基因组的柔性。他希望能够构建出第一个全基因组的物理性质图谱。他还想搞清楚一些突变是导致了DNA更容易还是更难读取。


原文链接:Asymmetric Unwrapping of Nucleosomes under Tension Directed by DNA Local Flexibility


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