多产学者连发两篇Science解决争论

　　

生物通报道：来自伊利诺斯大学厄尔本纳-香槟分校分校的Taekjip Ha教授在生物物理研究技术方面获得了许多重要的成果，是一位多产的学者，曾取得过多项“第一”——第一个发现两个单分子之间偶极-偶极相互作用（荧光共振能量转移，FRET）；首次观察到在室温下的单分子的“量子跳跃（quantum jumps）”，还曾第一次检测到了单分子的旋转……

近期Ha教授研究组又分别于这三个月里，接连在Science杂志上发表文章。第一项研究：Extreme Bendability of DNA Less than 100 Base Pairs Long Revealed by Single-Molecule Cyclization，利用一种基于荧光，无需蛋白检测的单个DNA分子晶体结构分析方法，解决了近期结果相互矛盾的一个争论。

在一些细胞过程，比如细菌和真核生物的基因表达调控细胞过程，病毒包装，以及真核生物DNA储存，常会出现少于100个碱基对的DNA弯曲成环。了解这个弯曲度对于解析DNA-蛋白相互作用十分重要。

经典DNA法则认为，DNA持久长度（Persistence length）小于150个碱基范围内是僵直的，但是近期的这一方面的研究却得到出相反的结论，为了弄清楚到底是怎么回事，Ha教授研发了一种基于荧光，无需蛋白检测，就能实时分析单个DNA分子晶体结构的方法，这种方法的基础是单分子荧光共振能量转移技术 (single molecule fuorescence resonance energy transfer, smFRET)，即一种通过检测单个分子内的荧光供体及受体间荧光能量转移的效率，来研究分子构象的变化的方法。

利用这种环化方法，研究人员可以直接监控单个DNA分子的环化过程，同时在这个长时间观察过程中，为了避免二聚体形成，研究人员还将DNA分子固定在了一个聚合物表面，让生物素连接这内部DNA位置中的碱基。研究人员指出，许多生物学上具有重要意义的蛋白-DNA相互作用，都包含在100bp以下的DNA环化和弯曲过程中，这个过程利用了DNA天然的弯曲度。

另外一篇文章中，研究人员解析了一种酵母胞外体（exosome）复合物中关键亚基：Rrp44 (Dis3) ，利用单分子荧光分析技术，揭示出这个亚基的作用机制。

Rrp44是胞外体（exosome）复合物中的关键亚基，能从3’到5’方向消化结构RNA上的核苷酸，研究人员通过单分子荧光分析技术，发现RNA并不是在单碱基对步骤上展开，而是Rrp44积累的能量通过多个单核苷酸步骤水解反应，达到4个碱基对才得到释放。

随着对细胞生理研究的逐渐深入，科学家们开始解析单个细胞的行为，这是因为即使是同样的遗传物质，同样的周边环境，这些细胞还是会朝着不同的方向发展，有时还会生成不同的功能，而且单个细胞的变化还关系到癌症，神经疾病等疾病。另一方面单分析的分析也获得了关注，但这些分析都不容易，因为分析动力学因素，那就不只是繁琐实验的问题，还需要物理学，机械学，和生物学的多方配合。因此需要研发更多的方法，进一步解析单分子单细胞问题。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Extreme Bendability of DNA Less than 100 Base Pairs Long Revealed by Single-Molecule Cyclization
The classical view of DNA posits that DNA must be stiff below the persistence length [<150 base pairs (bp)], but recent studies addressing this have yielded contradictory results. We developed a fluorescence-based, protein-free assay for studying the cyclization of single DNA molecules in real time. The assay samples the equilibrium population of a sharply bent, transient species that is entirely suppressed in single-molecule mechanical measurements and is biologically more relevant than the annealed species sampled in the traditional ligase-based assay. The looping rate has a weak length dependence between 67 and 106 bp that cannot be described by the worm-like chain model. Many biologically important protein-DNA interactions that involve looping and bending of DNA below 100 bp likely use this intrinsic bendability of DNA.