Nature发现染色体的奥秘：惊人的DNA张力作用

在我们的细胞核中，两种蛋白质复合物对染色体的空间组织起着主要的作用。DNA张力在其中起着令人惊讶的作用。代尔夫特理工大学纳米科学家Cees Dekker和他的博士生Roman Barth，在4月19日的《自然》杂志上发表了他们如何将这一细节可视化的详细过程。

1、Cohesin loops DNA

一个多世纪以来，人们已经知道，细胞核中的长DNA链整齐地折叠成染色体的特征形状，形状类似于瓶刷，这为细胞分裂做准备。在分裂过程之间，染色体会被组织成环，这对调节遗传信息的处理很重要。2018年，Dekker和他的团队首次看到了SMC蛋白复合物(如凝聚蛋白condensin和黏连蛋白cohesin)如何在DNA中挤出环。

2、CTCF flags

研究发现，DNA结合蛋白CTCF在基因组环的定位中起关键作用。Dekker说:“如果你把DNA想象成一根绳子，CTCF就像是被固定在两个点上，内聚蛋白将一个旗子连接到另一个旗子，但前提是CTCF的方向正确。CTCF蛋白只有一侧能够与黏连蛋白相互作用。然而，它并不总能做到，因此我们认为CTCF也会经常失败。但现在我们已经测量过了，这两种蛋白质之间的相互作用比我们预测的要微妙得多。”

博士生Roman Barth说，CTCF和黏结蛋白共同建立环边界，这已经成为该领域的基本知识，“在过去一年我参加的每次会议演讲中，基本前提是黏连蛋白复合物在正确定向的CTCF分子之间挤出环路。但没有人详细了解这是如何发生的。我们现在已经能够直观地看到它的本质。”

3、DNA张力在其中起着令人惊讶的作用

维也纳分子病理学研究所Jan-Michael Peters小组的同事成功地制造出了纯净形式的蛋白质：DNA分子的两端附着在一个表面上，DNA和蛋白质用荧光染料染色。

Dekker解释说，研究人员随后有了一个不寻常的发现。在数据中，Roman发现DNA链是非常松散还是处于紧张状态的，这是有区别的。在没有张力的情况下，即使定向正确，黏连蛋白也经常忽略CTCF标记，但当DNA处于更大张力时，CTCF作为一个完美的屏障。因此，在DNA张力的影响下，CTCF就像一个智能交通灯，根据当地的交通情况，允许黏连蛋白通过或不通过。”

当黏连蛋白与CTCF蛋白发生碰撞时，它可以停止也可以继续。研究人员发现，它还可以掉头，甚至完全溶解。如何以及为什么会发生这种情况是Dekker希望回答的下一个问题。