Nature：发现人类端粒DNA的新结构

端粒有时被看作是长寿的关键。它们保护基因不受损害，但每次细胞分裂时都会变短一些。如果它们变得太短，细胞就会死亡。在一项新的研究中，来自新加坡南洋理工大学和荷兰莱顿大学的研究人员借助于物理学和微小的磁铁，发现了端粒DNA的新结构。这一新发现将有助于我们了解衰老和疾病。相关研究结果于2022年9月14日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Columnar structure of human telomeric chromatin”。

提到DNA，物理学并不是第一个让人想到的科学学科。但是来自莱顿大学莱顿物理研究所的John van Noort是发现这种新DNA结构的科学家之一。作为一名生物物理学家，他将物理学的方法用于生物学实验。这也引起了南洋理工大学生物学家们的注意。他们请van Noort协助研究端粒的DNA结构。

一串念珠

在我们身体的每个细胞中都有携带基因的染色体，这些基因决定了我们的特征（比如我们的长相）。在这些染色体的末端是端粒，它们保护染色体不受损害。它们有点像鞋带末端的金属饰物。

人类DNA有两米长，所以它必须经过折叠才能放入细胞中。这是通过将DNA缠绕在组蛋白上实现的；DNA和组蛋白一起被称为核小体。这些核小体彼此之前由游离的连接DNA相连，犹如一串念珠。

这串念珠会折叠得更多。它如何做到这一点，取决于核小体之间的DNA的长度，也就是这串念珠的长度。折叠后出现的两种结构已经为人所知。在其中的一种结构中，两个相邻的念珠粘在一起，游离的DNA悬挂在中间。如果两个相邻的念珠之间的DNA片段较短，相邻的念珠就不能粘在一起，它们就会形成两个并排的堆栈。

图片来自Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-05236-5。

在这项新的研究中，van Noort及其同事们发现了另一种端粒结构。在这种新的端粒结构，核小体之间的距离要近得多，所以在两个相邻的念珠之间不再有任何游离的DNA。这最终形成了一个大的DNA螺旋。

这种新的结构是通过电子显微镜和分子力谱学的组合使用发现的。后一种技术来自van Noort的实验室。在这种技术中，DNA的一端被连接到一个玻璃载片上，另一端粘上一个小小的磁球。在这个磁球的上方有一组强磁铁，然后将这串念珠拉开。通过测量将这些念珠一个个拉开所需的力量，就能发现更多关于这串念珠是如何折叠的。来自南洋理工大学的研究人员随后使用电子显微镜来更好地了解这种新的结构。

van Noort说，结构是“分子生物学的圣杯”。如果我们知道DNA分子的结构，这将使我们更深入地了解基因是如何开启和关闭的，以及细胞中的酶如何处理端粒：比如，它们如何修复和复制DNA。这种新的端粒结构的发现将提高我们对身体中的DNA的理解。这将最终帮助我们研究衰老和癌症等疾病，并开发出对抗它们的药物。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

1. Aghil Soman et al. Columnar structure of human telomeric chromatin. Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-05236-5.

2. Can we live longer? Physicist makes discovery about telomeres
https://phys.org/news/2022-09-longer-physicist-discovery-telomeres.html