分子拥挤抑制机械应力驱动的 DNA 链分离：体内 DNA 超螺旋研究新方向

分子拥挤影响 DNA 力学和 DNA - 蛋白质相互作用，在活细胞中普遍存在。研究人员运用单分子磁镊研究有脱水或拥挤共溶质存在时的 DNA 超螺旋。发现甘油使负超螺旋 DNA 碱基对更不稳定，聚乙二醇抑制局部链分离。该研究为体内 DNA 超螺旋研究指明方向。

　　分子拥挤（Molecular crowding）对 DNA 的力学特性以及 DNA 与蛋白质之间的相互作用有着重要影响，并且在活细胞中广泛存在。定量分析分子拥挤对 DNA 超螺旋（DNA supercoiling）的影响，对于将体外（in vitro ）实验与体内（in vivo ）DNA 超螺旋情况相关联至关重要。研究人员利用单分子磁镊（single molecule magnetic tweezers），在存在脱水或拥挤共溶质的条件下对 DNA 超螺旋展开研究。在研究 DNA 超螺旋时，研究人员先对 DNA 施加 0.8 pN 的拉伸力，随后旋转 DNA 的一端来诱导超螺旋的形成。在不含共溶质的 200 mM NaCl 缓冲液中，负超螺旋的 DNA 会通过形成局部解链的 DNA 区域，来吸收部分扭转应力。人们认为，这些局部解链区域中的碱基对会呈现出一种核苷酸碱基配对被破坏的构型。研究发现，像甘油这样的脱水共溶质的存在，会进一步破坏负超螺旋 DNA 中的碱基对稳定性。而常用作拥挤剂的聚乙二醇（polyethylene glycol）的存在，则会抑制局部链分离，即使 DNA 处于负超螺旋状态，也会促使形成螺旋交错结构（plectoneme）。本文所呈现的研究结果，为在接近体内分子组成的条件下，对 DNA 超螺旋以及超螺旋 DNA 与蛋白质相互作用的研究，指明了新的方向。