Cell：从拓扑学角度提醒DNA复制之谜

2019年10月26日讯/BIOON/---性命分子存在环绕纠缠的景象。然则，DNA双螺旋中那两条熟习的链是若何在没有环绕纠缠的情形下胜利复制的，这就很难说明了。

在一项新的研讨中，来自美国康奈尔年夜学的研讨人员从拓扑学角度处理了这个成绩。他们研讨了这种双螺旋外形对DNA复制的影响。经过应用真核生物作为模子零碎，他们发明染色质（由DNA、组卵白和非组卵白等成分构成）的内涵机械功能决议着染色质纤维若何环绕纠缠。相干研讨成果揭橥在2019年10月17日的Cell期刊上，论文题目为“Synergistic Coordination of Chromatin Torsional Mechanics and Topoisomerase Activity”。

图片来自Cell, 2019, doi:10.1016/j.cell.2019.09.034。 这种拓扑构造关于胜利别离新复制的DNA至关主要：假如染色质纤维环绕纠缠得太紧太早，则这些新复制的DNA分子在细胞决裂进程中将无法准确别离。

论文通信作者、康奈尔年夜学文理学院物理学传授Michelle Wang说，“这项研讨凸起了物理道理在根本生物学进程中的主要性。”

在DNA复制进程--复制体（replisome）将两条DNA链离开并向前挪动---中，DNA也必需绕双螺旋轴环绕纠缠。这会让DNA接受很年夜的改变应力（torsional stress），从而招致DNA产生额定的歪曲。

成绩在于：额定的歪曲在哪里产生？假如额定的歪曲仅产生在复制体的正面，那么两个子DNA分子将不会环绕纠缠在一路，是以它们可以离开。然则，假如额定的歪曲产生在复制体的反面，那么两个子DNA分子将环绕纠缠在一路，无法离开。这将为细胞决裂进程中的染色体别离发明一个次要成绩，这能够招致DNA毁伤并招致细胞逝世亡或癌症。

这些研讨人员发明，环绕纠缠单条染色质纤维比环绕纠缠双条染色质纤维要轻易得多。这意味着额定的歪曲将优先产生在复制体的正面，从而让两个子DNA分子之间的环绕纠缠最小化。

Wang说：“虽然染色质平日被以为是DNA复制的妨碍，但我们的成果标明，染色质还简化了复制拓扑构造，从而增进了DNA复制动力学。我们以为这是相当了不得的。”

在一个独自的试验中，这些研讨人员发明，一种能解开双螺旋DNA的酶（拓扑异构酶II）激烈偏心正面的单条染色质纤维。染色质机械功能和拓扑异构酶活性似乎以协同方法调和，以削减子DNA分子之间的环绕纠缠。

为了懂得染色质的机械行动，这些研讨人员必需开辟新的办法来处置它。因为这种义务的庞杂性，以前尚未测验考试过制造编织染色质纤维（braided chromatin fiber，指的是两条染色质纤维像编辫子那样编织在一路）基质。Wang和她的团队应用了他们先前开辟的角向光阱对象（angular optical trap tool）以及其他办法来构建和处置单个染色质纤维基质和编织染色质纤维基质，从而使得他们可以研讨它们的改变机械功能。（100医药网 100yiyao.com）

参考材料：

1.Tung T. Le et al. . Cell, 2019, doi:10.1016/j.cell.2019.09.034.

2.Scientists unwind mystery behind DNA replication

https://phys.org/news/2019-10-scientists-unwind-mystery-dna-replication.html