最高分辨率图像显示DNA分子活性惊人

据《自然 · 通讯》日前报道,英国研究人员拍摄了有史以来最高分辨率的单个 DNA(脱氧核糖核酸)分子图像,揭示了 DNA 在细胞内塞满并扭曲时可能具有令人惊讶的活性。这项新研究或有助于加速新基因疗法的发展。

科学家以前使用显微镜观察 DNA 及其扭曲的梯状构型,但这些仅限于分子的静态视野。科学家无法看到的是,强烈的 DNA 卷曲如何影响其双螺旋结构。通过将原子力显微镜与分子动力学计算机模拟相结合,英国谢菲尔德大学、利兹大学和约克大学组成的联合研究小组绘制和观察了 DNA 单链中每个单个原子的运动和位置。研究人员拍摄的视频以前所未有的细节展示了当 DNA 挤在细胞内部时,施加于其上的应力和应变如何改变其形状。

每个人类细胞都含有两米长的 DNA,为了适应我们的细胞,它已经进化为扭曲、转动和卷曲结构。这意味着环状 DNA 在基因组中无处不在,其扭曲结构与对应的松弛结构相比显示出更多的动态行为。

研究小组研究了 DNA 微圆环,该分子的两端连接在一起形成一个环。处于松弛位置(即无扭曲)的 DNA 微圆环的显微图像显示出很少的运动,当给 DNA 加倍的扭曲时,它突然变得更加动态,可以看出其采用了一些非常奇特的 ” 舞蹈 ” 动作。这些动态的行为可能会在帮助 DNA 找到结合伴侣并促进生长方面起到重要的作用。

以前的研究表明,DNA 微圆环是健康和衰老的潜在指标,并且可以作为疾病的早期标记。由于 DNA 微圆环可以扭曲和弯曲,因此它们也可以变得非常紧凑。研究人员表示,能够如此详细地研究扭曲和紧缩的 DNA 微圆环如何挤入细胞,或将导致开发出全新的医学干预措施,包括改进基于 DNA 的诊断和治疗方法。

总编辑圈点

上世纪 50 年代,沃森和克里克合作发现 DNA 双螺旋结构的分子模型,该研究成果标志着分子生物学的诞生,因此也被誉为 20 世纪以来生物学领域最伟大的发现之一。此后几十年中,对于 DNA 分子的研究日益深入,分子遗传学、分子免疫学等细分领域逐渐发展起来。最新研究对 DNA 分子的认知又深入推进一步,使科学家可以凭借更高的分辨率了解 DNA 的神奇特性。

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