核磁共振阐明蛋白质与DNA的相互识别

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生物通报道：多年来，研究人员一直无法精确地知道人类细胞中蛋白质是如何与特定的DNA序列相互作用的。尽管已经可以确定一个蛋白质与DNA结合的速度，但对蛋白质如何定位并与DNA特定模式结合在一起从而使基因以某种特征表达（如长相、头发和眼睛的颜色或举止）这一过程却知之甚少。

在7月16日出版的Science上，Rutger-Newark的化学教授Babis Kalodimos的文章“非特异以及特异的蛋白－DNA复合体的结构和灵活性” （Structure and Flexibility Adaptation in Nonspecific and Specific Protein-DNA Complexes）为解开这个谜提供了一些线索。Kalodimos的发现将有助于研究人员开发新的方法抑制特定的、与疾病有关的基因表达，例如癌症和老年痴呆。

Kalodimos及其同事利用核磁共振（NMR）波谱来确定蛋白质如何在双螺旋结构的DNA长链上滑动并到底它们的目的地—— 一段特殊的DNA序列。更重要的是，他们详细地叙述了蛋白质如何从成百万的DNA中挑选出他们的“搭档”DNA的过程。

DNA是形成染色体的化学结构物。从结构方面来说，DNA是一种双螺旋结构，由两条链盘旋在一起形成。每条链包含一定的碱基（也叫核苷）序列。而碱基有四种，即腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶。两条DNA链通过碱基配对连接在一起，而且每个碱基只与特定的另一个碱基配对。例如，腺嘌呤只能和胸腺嘧啶配对，而鸟嘌呤只和胞嘧啶配对。为了更好地理解研究人员面对的这个难题，想象一下个体内有几十亿个DNA密码，并且蛋白质必须努力在几百万个非特异DNA序列中找到正确的结合位置。

任何蛋白质首先与不相关的DNA序列结合，但它们的相互作用很弱。接着，蛋白质沿着DNA链滑动寻找正确的序列，并最终与特定的DNA序列结合并形成一个复合物，”Kalodimos说。“NMR技术将帮助我们了解蛋白质与DNA快速、精确的寻找到对方的整个过程。从而，为我们提供一个了解蛋白质－DNA相互作用的经典的模型，并且为在基因水平上了解转录的调节过程提供很有价值的信息。”（Yang Shujuan）