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PNAS頭條:一種新型雙鏈DNA結構

日期:2012-08-08 08:18:13

關于雙鏈DNA,我們熟悉的結構是一種右手螺旋結構,也就是B-DNA,還有一種A-DNAZ-DNA,另外2006年來自斯坦福大學的研究人員確定出了xDNA的結構,這是一種膨脹的DNA,具有奇怪的雙螺旋分子。那么DNA結構還有其它形式嗎?

 

近期來自新加坡國立大學的研究人員發表了題為“Two distinct overstretched DNA structures revealed by single-molecule thermodynamics measurements”的文章,報道了一種新型的雙鏈DNA結構:S-DNA,這項研究不僅證明了S-DNA的存在,而且也提出了S-DNA的一些應用,相關成果公布在《美國國家科學院院刊》(PNAS)雜志上。

 

領導這一研究的是新加坡國立大學嚴潔教授,曾在Nucleic Acids Research上發表文章,通過拉伸B-DNA得到S-DNA,研究組發現DNA的過度牽張涉及了兩個躍遷,這在躍遷動力學上非常顯著,然而是否這種未知的DNA結構由非滯后的躍遷產生目前仍然不清楚。

 

雙鏈DNA為了執行多種功能,出現了多種結構,WatsonCrick提出的DNA雙螺旋結構屬于B型雙螺旋,它是以在生理鹽溶液中抽出的DNA纖維在92%相對濕度下進行X-射線衍射圖譜為依據進行推測的,這是DNA分子在水性環境和生理條件下最穩定的結構。

 

但是研究表明DNA的結構是動態的。當DNA處于轉錄狀態時,DNA模板鏈與由它轉錄所得的RNA鏈間形成的雙鏈就是A-DNA。由此可見A-DNA構象對基因表達有重要意義。此外,B-DNA雙鏈都被RNA鏈所取代而得到由兩條RNA鏈組成的雙螺旋結構也是A-DNA

 

為了解析S-DNA結構,研究人員驗證了和兩種躍遷相關的熱力學,發現非滯后的躍遷在滯后剝離躍遷中發現的大正向熵變相反。這表明DNA重排是一種高度有序狀態,而兩種躍遷之間的選擇依賴于DNA堿基對的穩定性,可以在多維圖像中觀察到。

 

這項研究不僅解答了關于S-DNA這種神秘的結構是否存在的質疑,而且也為研究S-DNA的新功能提供了新的思路,這種結構具有拉長的特點,因此可能可以用做DNA插入劑的一種結合底物,比如化療過程中,抑制癌細胞過度繁殖的DNA復制。還有DNA結合蛋白也能利用利用加入側鏈來破壞DNA的主鏈,這時S-DNA或許可以作為有機體中研究的潛在的結合靶點。

 

多年來,DNA結構的研究手段主要是X射線衍射技術,其結果是通過間接觀測多個DNA分子有關結構參數的平均值而獲得的。但這項技術的樣品分析條件使被測DNA分子與天然狀態相差甚遠。因此,在反映DNA結構真實性方面這種方法存在著缺陷。

 

這項研究采用的是單分子熱力學技術(Single-molecule thermodynamics),這是一種能用于分析DNA過度延伸轉換的新技術。研究表明利用這種技術,能揭示兩種不同結構的轉換,比如從B-to-S DNA的轉換。

 


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