研究为DNA的三维结构提供了新的视角

国际科学家团队采用多学科方法，以前所未有的细节揭示了生物活性DNA的三维结构。

该团队由德克萨斯州休斯顿的贝勒医学院(BCM)的科学家领导，使用称为电子冷冻断层扫描的尖端技术对各种DNA形状(包括图8)进行成像，然后使用超级计算机模拟对其进行检查。

“当Watson和Crick描述DNA双螺旋时，他们正在观察真实基因组中的一小部分，只有一个双螺旋转角，”英国利兹大学的Sarah Harris博士说。一项研究中出现的杂志自然通讯周一。

“这是大约12个DNA碱基对，它们构成了螺旋梯梯级的DNA构建块。”

“我们的研究以更大的规模观察DNA - 数百个碱基对 - 甚至这种相对适度的大小增加也揭示了DNA分子行为的全新丰富性，”她补充道。

哈里斯博士及其同事检查了微小的DNA小环，现在被称为“MiniVectors”，只含有336个碱基对。

“先前的研究是关于线性DNA的短片段，但是人体DNA在你体内不断移动 - 它会卷曲和解开，”首席作者，BCM的Lynn Zechiedrich教授说。

“你不能将线性DNA卷起来进行研究，所以我们必须制作圆圈，这样才能捕捉不同程度的缠绕。”

人体中的每个细胞都含有大约一米的DNA - 比科学家制造的小圆圈长约1000万倍。

他们使用非常强大的显微镜，一次缠绕或解开一圈DNA双螺旋，包括它们的圆圈，并询问绕组如何改变圆圈的样子。

科学家设计了一项测试，以确保他们在实验室制作的微小扭曲的DNA圈具有生物活性。他们使用纯化的人类拓扑异构酶IIα，这是一种操纵DNA和抗癌药物重要靶点的必需酶。

这种酶减轻了所有超螺旋小环的缠绕应力，即使是最卷绕的小环，这是它在人体中的正常工作。

这个结果意味着圆圈看起来和行为就像拓扑异构酶在人体细胞中遇到的更长的DNA。

“这些酶对线性DNA没有任何作用，因为它不会被卷起来，”该研究的共同作者，同时也是BCM的Daniel Catanese博士说。

科学家使用电子冷冻断层扫描技术提供了个体DNA分子的第一个3D结构。他们看到卷绕造成了许多不同的形状。

“一些圆圈有急剧的弯曲，有些是8字形，有些看起来像球拍或缝针，”主要作者，同样是BCM的Rossitza Irobalieva博士说。

“有些看起来像棒，因为它们是如此卷曲。”

然后将静态图像与超级计算机模拟中生成的形状进行比较并匹配。这些模拟图像提供了更高分辨率的DNA视图，并显示其动态运动如何使其形状不断变化，形成无数的结构。

小DNA圈的电子冷冻断层扫描也揭示了另一个惊人的发现。

DNA中的碱基对就像遗传字母，其中DNA双螺旋一侧的字母仅与另一侧的特定字母配对。

虽然研究小组希望看到碱基对的开放 - 也就是基因字母表中成对字母的分离 - 当DNA处于伤口下时，他们惊讶地看到这个开口过度缠绕的DNA。

这是因为过度缠绕应该使DNA双螺旋更强。

科学家们表示，“这种碱基对的破坏可能导致灵活的铰链，使DNA能够急剧弯曲，这可能有助于解释一米DNA如何被卡入单个人体细胞中”。

“下一步是开始添加细胞或抗癌药物的其他成分，以了解DNA的形状如何变化，”共同作者，BMC的乔纳森福克博士说。

“我们确信超级计算机将在药物设计中发挥越来越重要的作用。我们正试图用数百万件做一个拼图，他们都在不断改变形状，“哈里斯博士总结道。

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