新发现揭示了DNA中分子马达的扭曲作用

　　

来自代尔夫特理工大学Kavli研究所和IMP维也纳生物中心的科学家们发现了塑造我们染色体的分子马达的新特性。六年前，他们发现这些所谓的SMC运动蛋白在我们的DNA中形成长环，现在他们发现这些运动蛋白也会在它们形成的环中产生明显的扭曲。这些发现有助于我们更好地理解染色体的结构和功能。它们还提供了对扭曲DNA环的破坏如何影响健康的见解——例如，在像“凝聚力病”这样的发育性疾病中。科学家们在《科学进展》杂志上发表了他们的发现。

我们细胞的斗争

想象一下，试图把两米长的绳子塞进一个比针尖小得多的空间——这就是你身体里的每个细胞在把DNA打包进微小的细胞核时所面临的挑战。为了做到这一点，大自然采用了巧妙的策略，比如将DNA扭曲成一圈一圈的线圈，即所谓的“超级线圈”），并将其包裹在特殊的蛋白质上以进行紧凑的储存。

小的DNA环调节染色体的功能

然而，压缩是不够的。细胞还需要调节染色体结构以使其发挥作用。例如，当需要获取遗传信息时，DNA被局部读取。特别是当细胞分裂时，DNA必须首先打开包装，复制，然后正确地分离成两个新细胞。被称为染色体结构维护的特殊蛋白质机器在这些过程中起着关键作用。就在几年前，代尔夫特和其他地方的科学家发现，这些SMC蛋白质是分子马达，在我们的DNA中形成长环，这些环是染色体功能的关键调节器。

一个新的twist

在代尔夫特理工大学Cees Dekker的实验室里，博士后Richard Janissen和Roman Bath现在提供了有助于解开这个谜团的线索。他们开发了一种使用“磁镊子”的新方法，通过这种方法，他们可以观察单个SMC蛋白质在DNA中形成环的步骤。重要的是，他们还能够解决SMC蛋白是否会改变DNA的扭曲。令人惊讶的是，研究小组发现它确实如此：人类SMC蛋白内聚蛋白确实不仅将DNA拉入一个环，而且在形成环的每一步中都以左旋的方式扭曲DNA 0.6圈。

SMC蛋白的进化

更重要的是，研究小组发现这种扭曲行为并不是人类独有的。酵母中类似的SMC蛋白也有同样的行为。引人注目的是，来自人类和酵母的所有不同类型的SMC蛋白质都增加了相同数量的扭曲——它们在每个DNA环挤压步骤中将DNA旋转0.6次。这表明DNA挤压和扭曲机制在进化过程中保持了很长时间的不变。无论DNA在人类、酵母或任何其他细胞中是环状的，大自然都采用同样的策略。

至关重要的线索

这些新发现将为解决这种新型马达的分子机制提供重要线索。此外，他们清楚地表明，DNA环也影响我们染色体的超卷曲状态，这直接影响基因表达等过程。最后，这些SMC蛋白与多种疾病有关，如科妮莉亚·德·兰格综合征，更好地了解这些过程对于追踪这些严重疾病的分子起源至关重要。