DNA不打结的秘密

DNA不打结的秘密

DNA环能让细菌聚集在局部区域。图片来源：L.Mirny

Leonid Mirny在办公椅上转了一圈，抓起电脑的电源线，用手指绕出了一个甜甜圈大小的环。“这就是马达蛋白不断挤压成环的动态过程！”美国麻省理工学院生物物理学家Mirny兴奋地说。

但让Mirny兴奋的原因并不是将电脑配件收拾整齐，而是基因组的一个核心组织原则——约2米长的DNA是如何被压缩到人体的几乎每个细胞中，而没有像圣诞彩灯一样缠成一团乱麻的。

他认为DNA不断穿过环状的马达蛋白，从而形成了环。这一过程被称为环挤压，它有助于将DNA局部区域维系在一起，与基因组的其他部分分开，甚至还协助了染色体形成一定的形状和结构。

过去几十年来，科学家也探讨过相似的假说，但在基因组3D结构研究大发展的当代，Mirny的模型，以及美国贝勒医学院遗传学家Erez Lieberman Aiden提出的一个类似的模型，让这些假说在分子细节层面上升到了新的高度。这些模型巧妙地解释了一些知名基因研究项目的数据，并因此备受关注。

然而，这些简单的解释仍然存在争议。尽管人们已明确基因组成环会调控基因表达，并且可能与细胞发育和癌症等疾病相关，但这些模型的预测已经超出了现有实验观测范围。

首先，成环的分子机制仍然是谜。如果主要的候选蛋白如同Mirny所预测的那样充当动力“马达”，那它就会以前所未见的速度消耗能量。“我的一个物理学家朋友告诉我，‘这就是你的领域中的希格斯玻色子’。”Mirny说，它能解释基因组生物学最深的奥秘之一，但可能需要多年时间才能获得验证。……