2013年2月15日美國《科學(xué)》雜志發(fā)表了題為“Probing Allostery through DNA”的研究報(bào)告，通過單分子生物物理等手段嚴(yán)謹(jǐn)?shù)刈C實(shí)了DNA中確實(shí)存在別構(gòu)效應(yīng)。該研究揭示了DNA一個新的基本性質(zhì)，不但在物理上非常有趣，而且有重要的生理意義。

該項(xiàng)工作是由美國科學(xué)院院士、哈佛大學(xué)化學(xué)與化學(xué)生物學(xué)系教授及北京大學(xué)長江講座教授謝曉亮的哈佛大學(xué)研究組和北京大學(xué)生物動態(tài)光學(xué)成像中心(BIOPIC)孫育杰/謝曉亮研究組、蘇曉東研究組合作完成。

別構(gòu)效應(yīng)廣泛存在于蛋白質(zhì)特別是酶中。別構(gòu)效應(yīng)是描述遠(yuǎn)離活性中心的結(jié)合到變構(gòu)位點(diǎn)的效應(yīng)因子能夠通過蛋白質(zhì)的長程構(gòu)象變化來影響蛋白質(zhì)功能（酶活性）的現(xiàn)象。而作為遺傳信息的載體，DNA上有很多特異的蛋白結(jié)合位點(diǎn)，這些位點(diǎn)在結(jié)合了蛋白分子前后會具有較大的構(gòu)象變化，那么，DNA是否也像蛋白質(zhì)那樣具有別構(gòu)效應(yīng)，即結(jié)合在同一條DNA雙螺旋鏈上的兩個蛋白分子是否在沒有直接接觸的情況下可以通過DNA雙螺旋的構(gòu)象變化而影響各自的DNA結(jié)合能力？比較合理的預(yù)期是DNA應(yīng)該具有別構(gòu)效應(yīng)，然而通過常規(guī)方法人們一直沒有觀測到過這種效應(yīng)。

謝曉亮等通過研究，揭示了上述預(yù)期的別構(gòu)效應(yīng)確實(shí)存在于雙鏈DNA中。研究人員在一段DNA雙螺旋上設(shè)計(jì)了兩種蛋白分子的結(jié)合位點(diǎn)，并且調(diào)節(jié)其間DNA的長度。通過單分子全內(nèi)反射熒光顯微鏡可以觀察熒光標(biāo)記的單個蛋白分子從其DNA結(jié)合位點(diǎn)上掉下來的速率，從而測定該蛋白分子對于此位點(diǎn)的相對結(jié)合能力。實(shí)驗(yàn)表明兩個不同的DNA結(jié)合蛋白可以影響各自對DNA的結(jié)合能力，而且其變化隨兩個蛋白之間DNA鏈的長度同時增強(qiáng)或變?nèi)酰尸F(xiàn)出一種周期性，這個周期大約是10個堿基對，正好是DNA雙螺旋的一個周期，并且這種效應(yīng)的大小會隨著兩個蛋白之間的距離增加而衰減。

研究人員進(jìn)一步通過各種對照實(shí)驗(yàn)及分子動力學(xué)模擬計(jì)算，確認(rèn)了這種效應(yīng)不是其它因素（如蛋白－蛋白相互作用、靜電相互作用等）造成的，而是由蛋白質(zhì)結(jié)合到DNA上導(dǎo)致的DNA雙螺旋的構(gòu)象變化即DNA的別構(gòu)效應(yīng)引起的。

DNA別構(gòu)效應(yīng)比較大，約有5倍左右，而這種效應(yīng)因?yàn)閭鹘y(tǒng)的系宗實(shí)驗(yàn)不夠精確而一直無法被測得。此外，DNA的別構(gòu)效應(yīng)是DNA的一個基本性質(zhì)，不依賴于蛋白質(zhì)的性質(zhì)及種類。由于很多DNA結(jié)合蛋白，如轉(zhuǎn)錄因子和RNA聚合酶等在DNA上經(jīng)常結(jié)合地較近，并協(xié)同行使功能，所以現(xiàn)在需要在理解基因調(diào)控的時候考慮這一效應(yīng)。該項(xiàng)工作會還證明了DNA別構(gòu)效應(yīng)的確可以在活細(xì)胞內(nèi)影響基因表達(dá)，所以這種效應(yīng)在生理上是重要的。《科學(xué)》雜志在同期述評中也指出，這種通過雙螺旋DNA導(dǎo)致的別構(gòu)效應(yīng)對于基因調(diào)控具有深遠(yuǎn)意義。