Science：跳躍的DNA螺旋

　　研究人員證實DNA超螺旋是能夠遠距離“跳躍”的動態結構，這一現象有可能影響了基因調控。

　　科學家們對于長鏈DNA如何包裝到狹小空間中的理解變得更為復雜了一些。一項關于單分子DNA的新研究證實超螺旋可通過沿著一條DNA鏈“跳躍”來移動。研究結果發布在9月13日的《科學》(Science)雜志上，為研究人員提供了關于DNA組裝的新認識，并指出了一條驚人快速的細胞內基因調控機制。

　　德累斯頓工業大學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。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，它與稱作組蛋白的蛋白質包裝在一起，幫助將數百萬或數十億的核苷酸凝聚到細胞核的小空間中。與沿著DNA 鏈的蛋白質如轉錄因子的持續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，代爾夫特理工大學的Cees Dekker和同事們在單鏈DNA分子中誘導了超螺旋，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，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，研究小組發現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，同時出現在沿著DNA向下的一個遙遠的位點。

　　賓夕法尼亞大學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，而非是局部數量的DNA鏈。“

　　Seidel謹慎地指出到目前為止這一有趣的現象只在裸DNA單鏈上觀察到，因此目前還不清楚當DNA很好地包裝并布滿蛋白質時在體內超螺旋有可能是如何行動的。威斯康星大學麥迪遜分校威斯康星發現研究所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境中。Dekker和他的同事們在試驗中利用的是單價離子，他們發現離子濃度越低形成的超螺旋越多。

　　Dekker和他的研究小組現在正研究不同的DNA序列和DNA結合蛋白的存在影響超螺旋形成和運動的機制――這是理解體內超螺旋運動的第一步。

　　“在發現雙螺旋60年后，這令人感到驚異，我們仍然在發現DNA的基本特性，”Dekker說。