一种新型双链DNA结构

生物通,2012年08月08日

关于双链DNA，我们熟悉的结构是一种右手螺旋结构，也就是B-DNA，还有一种A-DNA和Z-DNA，另外2006年来自斯坦福大学的研究人员确定出了xDNA的结构，这是一种膨胀的DNA，具有奇怪的双螺旋分子。那么DNA结构还有其它形式吗？

近期来自新加坡国立大学的研究人员发表了题为“Two distinct overstretched DNA structures revealed by single-molecule thermodynamics measurements”的文章，报道了一种新型的双链DNA结构：S-DNA，这项研究不仅证明了S-DNA的存在，而且也提出了S-DNA的一些应用，相关成果公布在《美国国家科学院院刊》（PNAS）杂志上。

领导这一研究的是新加坡国立大学严洁教授，曾在Nucleic Acids Research上发表文章，通过拉伸B-DNA得到S-DNA，研究组发现DNA的过度牵张涉及了两个跃迁，这在跃迁动力学上非常显著，然而是否这种未知的DNA结构由非滞后的跃迁产生目前仍然不清楚。

双链DNA为了执行多种功能，出现了多种结构，Watson和Crick提出的DNA双螺旋结构属于B型双螺旋，它是以在生理盐溶液中抽出的DNA纤维在92%相对湿度下进行X－射线衍射图谱为依据进行推测的，这是DNA分子在水性环境和生理条件下最稳定的结构。

但是研究表明DNA的结构是动态的。当DNA处于转录状态时，DNA模板链与由它转录所得的RNA链间形成的双链就是A-DNA。由此可见A-DNA构象对基因表达有重要意义。此外，B-DNA双链都被RNA链所取代而得到由两条RNA链组成的双螺旋结构也是A-DNA。

为了解析S-DNA结构，研究人员验证了和两种跃迁相关的热力学，发现非滞后的跃迁在滞后剥离跃迁中发现的大正向熵变相反。这表明DNA重排是一种高度有序状态，而两种跃迁之间的选择依赖于DNA碱基对的稳定性，可以在多维图像中观察到。

这项研究不仅解答了关于S-DNA这种神秘的结构是否存在的质疑，而且也为研究S-DNA的新功能提供了新的思路，这种结构具有拉长的特点，因此可能可以用做DNA插入剂的一种结合底物，比如化疗过程中，抑制癌细胞过度繁殖的DNA复制。还有DNA结合蛋白也能利用利用加入侧链来破坏DNA的主链，这时S-DNA或许可以作为有机体中研究的潜在的结合靶点。

多年来，DNA结构的研究手段主要是X射线衍射技术，其结果是通过间接观测多个DNA分子有关结构参数的平均值而获得的。但这项技术的样品分析条件使被测DNA分子与天然状态相差甚远。因此，在反映DNA结构真实性方面这种方法存在着缺陷。

这项研究采用的是单分子热力学技术（Single-molecule thermodynamics），这是一种能用于分析DNA过度延伸转换的新技术。研究表明利用这种技术，能揭示两种不同结构的转换，比如从B-to-S DNA的转换。