DNA相分离的新见解

由Hajin Kim教授在UNIST生命科学学院进行的一项新研究提出了DNA相分离的概念，该研究表明，核内的DNA可能引发相分离，如水中的油。与现有的生物学方法不同，金教授解释了DNA如何通过物理学的基本原理起作用：“每个人类细胞含有大约2米的DNA，这些DNA太小而肉眼无法看到。令人惊讶的是，所有的DNA都是紧密包装的在那里，我们能够观察到油相和水相最基本的分离原理。“

根据该原理，DNA以浓缩和折叠的形式包含在细胞核中，其在其内部产生空间分离的区域。在这里，可以访问单元将立即使用的遗传信息，而其他剩余信息保存在压缩存档文件中。因此，两个或多个DNA区域产生单独的空间，为细胞有效使用信息提供了基础。

在物理学中，这种现象称为相分离。由于两种不混溶的液相，固相或气相之间的混合物的温度，压力和组成元素的变化，可以引起这种现象。然而，最近报道了在生物体中有趣的相分离现象，其中混合了水，蛋白质和脂质等分子。关于Tau蛋白经历液 - 液相分离以形成基本上液体蛋白质的液滴以引起阿尔茨海默氏病，或通过相关分离与亨廷顿病相关的含有重复序列的RNA形成RNA焦点，存在一些普遍的假设。

“我们的研究首次表明，相分离现象曾经被认为是物理学的唯一属性，也可以通过DNA的重甲基化来触发，”金教授说。“这项研究表明DNA构象可能在分子水平上决定细胞活性，如基因表达和干细胞分化。”

DNA相分离中存在静电力。由于DNA具有强负电荷，因此在带负电的DNA之间存在排斥力。然而，在存在某种类型的生物聚阳离子的情况下，DNA分子彼此吸引，并且DNA间吸引力的强度取决于DNA序列。这一原则曾经由Kim教授通过模拟预测和证明，并在2016年出版的Nature Communications上发表。这次，研究小组已经通过实验证明，这一原理是由于多胺与核酸分子的甲基之间的相互作用。

DNA由四种不同的核酸碱基组成 - 腺嘌呤(A)，胸腺嘧啶(T)，胞嘧啶(C)和鸟嘌呤(G)，它们沿着双螺旋形状的糖 - 磷酸盐分子的带状物串联。这些碱基总是以腺嘌呤与胸腺嘧啶连接并且胞嘧啶与鸟嘌呤连接的方式配对。这些配对产生以下碱基对可能性：AT，TA，GC和CG。此外，通过他们的MD模拟和实验，研究小组发现，与CG重复DNA对相比，TA重复DNA对的DNA吸引力更强。

“胸腺嘧啶含有C5甲基，将其添加到胞嘧啶中会产生更强的吸引力，几乎与富含TA的DNA对一样强，”金教授说。“与胞嘧啶相连的C5甲基是表观遗传学中DNA的主要化学修饰，因此我们可以预期染色体结构的表观遗传调控与干细胞分化之间的联系。”

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