革命性的新方法可以操纵DNA的形状和包装

奥胡斯大学Gothelf实验室的研究人员开发了一种操纵DNA形状的新方法，为分子生物学、纳米技术等领域的探索开辟了令人兴奋的新途径。

　　

一个人类细胞含有大约2米长的DNA，包含了一个人的基本遗传信息。如果将一个人体内的所有DNA展开，它将跨越惊人的距离——足以往返太阳60次以上。为了处理如此大量的生物信息，细胞将其DNA紧密地排列成染色体。

“把DNA想象成一张纸，上面写着我们所有的遗传信息。”共同通讯作者Minke A.D. Nijenhuis说。“这张纸被折叠成一个非常紧密的结构，以便将所有信息放入一个小细胞核中。然而，为了阅读信息，必须将部分纸张展开，然后再折叠。我们遗传密码的这种空间组织是生命的核心机制。因此，我们希望创造一种方法，使研究人员能够设计和研究双链DNA的压缩。”

三螺旋结构提供保护和紧凑

天然DNA通常是双链的:一条链编码基因，另一条备用链以双螺旋的形式缠绕在一起。沃森-克里克相互作用稳定了双螺旋结构，使两条链能够相互识别并配对。然而，DNA之间还存在着另一类鲜为人知的相互作用。这些所谓的正常或反向Hoogsteen相互作用允许第三条链加入，形成一个美丽的三螺旋(图2)。

在最近发表在《先进材料》杂志上的一篇论文中，来自Gothelf实验室的研究人员首次提出了一种基于Hoogsteen相互作用的组织双链DNA的通用方法。该研究明确表明，三联体形成的链能够急剧弯曲或“折叠”双链DNA，以创建紧凑的结构。这些结构的外观范围从中空的二维形状到密集的3D结构，以及介于两者之间的一切，包括类似于盆花的结构。Gothelf和同事将他们的方法命名为三重折纸(图3)。

有了三重折纸，科学家们可以实现对双链DNA形状的人工控制，这是以前无法想象的，从而开辟了新的探索途径。最近有人提出，三重结构在遗传DNA的自然压实中起作用，目前的研究可能为这一基本生物学过程提供见解。

基因治疗和其他领域的潜力

这项工作还表明，hoogsteen介导的三层结构保护DNA免受酶降解。因此，用三重折纸方法压缩和保护DNA的能力可能对基因治疗有很大的意义，其中患病细胞通过将其缺失的功能编码到可交付的双链DNA片段中来修复。

这种DNA序列和结构的生物学奇迹也被应用于纳米材料工程，在治疗、诊断和许多其他领域产生应用。“在过去的四十年里，DNA纳米技术几乎完全依靠沃森-克里克碱基相互作用来配对单个DNA链，并将它们组织成定制的纳米结构。”Kurt V. Gothelf教授说。“我们现在知道Hoogsteen相互作用具有组织双链DNA的相同潜力，这为该领域带来了重大的概念扩展。”

Gothelf和同事证明hoogsteen介导的折叠与最先进的基于沃森-克里克的方法兼容。然而，由于双链DNA的相对刚性，三重折纸结构需要较少的起始材料。这使得以更低的成本形成更大的结构成为可能。

新方法的局限性在于，三联体的形成通常需要在双链DNA中延伸很长的嘌呤碱基，因此研究人员使用了人工DNA序列，而不是天然遗传DNA。然而，在未来，他们将努力克服这一限制。

文章标题

Folding Double-Stranded DNA into Designed Shapes with Triplex-Forming Oligonucleotides