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Nature子刊报道:在纳米尺度观察DNA的合成

四股DNA的自然合成

【字体: 时间:2017年03月29日 来源:生物通

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  至今我们仍不清楚细胞的癌化决定究竟从何而来。美国肯特州立大学和日本京都大学的研究人员最近发表在自然杂志子刊《自然 纳米技术》上的一篇文章,可能会为我们提供一个新的线索理解“什么样的细胞会变成坏细胞 ”。

生物通报道:美国癌症协会数据显示,2017年美国预计新增1688780例癌症新病例,600920人将死于癌症。

这些数字是如此的触目惊心,引人唏嘘不已。更糟糕的是,直到现在,人类仍然不知道为什么会得癌症,应该如何阻止癌症的蔓延。

美国肯特州立大学和日本京都大学的研究人员最近发表在自然杂志子刊《自然 纳米技术》上的一篇文章,可能会为我们提供一个新的线索理解“什么样的细胞会变成坏细胞 ”。毛涵斌(音译)博士(肯特州立大学化学与生物化学教授)的实验室与京都大学合作,共同讨论了癌细胞形成的遗传因素。

毛教授说,传统意义上我通常说DNA有两条双螺旋结构,能够编码组成生命物质的蛋白质。近年来,一些研究学者发现某些DNA折叠会形成4股链,我们称其为G-四联体(由富含鸟嘌呤的核酸序列所构成的四股型态),它们与抑制癌细胞有关。大多数的G-四联体都是有益的,但是有一些慢慢变坏了,这些突变情况实际上会促进癌细胞生长。

为了理解为什么细胞会发生这种情况,科学家们首先要了解为什么DNA有时会变成四股结构。

大多数DNA只需要两条“装配”流水线,因为这是最简单的途径。然而,当遇到了选择,双螺旋还是四螺旋?DNA究竟是从哪获得的装配决定呢?

酶,负责所有DNA的合成。将视线拉到纳米尺寸,我们会发现引导DNA形式的关键就在这些酶内。过去,我们无法在实验室环境模拟纳米级酶的工作方式,禁止了我们对G-四联体的研究。然而,现在我们已经具备了技术条件。

在日本京都大学的化学家和工程师的帮助下,利用“DNA折纸术”和毛教授2014年研发的单分子机械化学传感技术,毛教授和他的研究生Shrestha 和Jonchhe创造了一个“纳米笼”。再加上他们在过去几年所研发的“激光镊子”,使得纳米尺寸的生物材料的研究成为可能。

自Paul Rothemund在Nature杂志上的一篇论文中首次介绍“DNA折纸术”(DNA origami)以后的6年时间里,该方法被用于大量纳米结构的材料和器件的自组装。Tim Liedl及其同事曾报告了他们用这种方法来以高产率生成细胞质基因结构的研究工作,这些细胞质基因结构含有在纳米尺度的螺旋体中以纳米精度排列的纳米颗粒。这些组合体的光学反应可以合理地予以调整,以产生所需的手性、颜色和强度,从而突显了“DNA折纸术”作为一种工具在引导纳米颗粒自组装成具有所希望电性能或磁性能方面所具有的价值。

在这个6×6纳米见方的笼子里,DNA会自然折叠为G-四联体,使得科学家们得以观察。
毛教授说,DNA的折叠适应于微小环境,所以在这个纳米笼内DNA的折叠才会相对容易。DNA的笼内折叠过程比笼外快了2-3个数量级。

科学家们可以使用配体结合分子来促进这种效应,从而减少癌细胞的形成。通过这个体外模型,我们可以更好的研究与G-四联体稳定相关的癌症的预防和治疗。而且还可以更加直观地了解聚合酶的工作机理。

原文标题:Confined Space Facilitates G-quadruplex Formation

(生物通:欧阳沐)

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