研究人员发现DNA解螺旋至少需两个蛋白的参与

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    [生物通讯]通过一种光学荧光显微镜来检测酶的活动，三所大学的研究人员合作解开了一个困在科学家心头已久的谜团。要使双链的DNA解螺旋，至少需要有两个不稳定串联在一起的蛋白。

    他们新设计的方法是将焦点集中在单个分子的活动上。观察结果还首次证明，如果一个蛋白掉队，解螺旋过程就会终止。除非有其它的蛋白补充进来，否则DNA将会重返未解链时的状态。

    总体而言，这项技术为多种其它蛋白质活动的研究提供了一条新途径，而这次关于查明DNA究竟是如何解链的新发现则发表在10月10日期的《自然》（Nature）杂志上。研究的主要作者为伊利诺斯大学的物理学教授Taekjip Ha。

    “我们的研究具有独到之处，这样说是因为我们能够观察单一分子的活动，查明DNA解链或不解链时分别有多少分子参与这个过程。”Ha说。“我们之所以更乐于研究单一分子而不是一组分子，这是因为每一个分子都有其自己的工作时间表。”

    这项发现涉及到一类叫做解旋酶（helicases）的检测蛋白，当解旋酶缺陷时就会导致可能增加癌症患病风险的Bloom 综合征以及沃纳综合征（Werner syndrome，即早老症）等遗传性疾病。C型肝炎等病毒会向机体导入自身形式的这种蛋白来感染宿主。

    解旋酶可以使DNA的双链分开。它们沿着DNA链这条高速公路行驶，燃料分子ATP为它们提供能量。多年来，科学家一直就导致DNA解螺旋的究竟是一种还是多种蛋白这一问题争论不已。

    “支持使DNA螺旋的是单个分子的主要证据是根据单体分子具有沿单链DNA移动的能力。”Ha介绍说。

    “这是事实，但有研究人员由此推断出单个分子沿DNA双链移动就足以将双链分开。”Ha说。“我们的研究表明，这并非事实。单个解旋酶的确能够沿单链DNA的尾部移动，但一旦它碰到单行道和双行道的交叉点，就无法前进了。解旋酶将不得不在交叉点止步，除非有另一个蛋白走来与它结合到一起。”

    Ha和他的同事研究了大肠杆菌中的解旋酶。他们利用了Ha和他的同事发明的单分子荧光能量共振转移（fluorescence resonance energy transfer ，FRET) 技术。研究小组将荧光染料分子用作探针来确定每一个生物分子的位置。通过显微镜观察，他们测量了解旋酶结合和移动期间每股DNA链能量转移的效率。红色或绿色荧光信号的出现与否，标志着DNA解链过程中探针之间的距离。

    “DNA的解螺旋过程开始后也可以在中途停止。”Ha说。“想一想一辆小汽车沿街道行驶直到遇到路障。小汽车无法继续向前行驶，除非有其它小汽车开来，它们组合到一起形成一辆大卡车。然后它们就能够突破路障继续沿街道前进，但这种组合是不稳定的。其中一辆小汽车也可能中途掉队，而剩下的那一辆就会受阻。这是首次观察到DNA解螺旋过程中发生的暂停，我们由此推断出DNA解螺旋出现暂停的机制：这是由于形成大卡车的小汽车脱离了队伍。

    Ha认为，最终有可能开发出有助于控制人类细胞中疾病相关解旋酶的活动、并使病毒解旋酶丧失活性的药物。但面临的一大挑战将是如何做到只攻击病毒的解旋酶同时保证宿主的解旋酶不被破坏。

消息来源：伊利诺斯大学

生物通编译自BIO.COM