关于如何通过疏水作用将DNA结合在一起的新见解

为了读取，复制或修复DNA，DNA分子必须自我开放。当细胞使用催化蛋白在分子周围形成疏水环境时，就会发生这种情况。插图

笔记：本文和标题在2019年9月29日进行了更新，以阐明研究的影响。

瑞典查尔默斯理工大学的研究人员发现了DNA自身结合方式的新方面以及疏水作用的作用。它们显示出水性质的微小变化如何能够精细地控制结合过程。这一发现为医学和生命科学研究领域的新认识打开了大门。这项研究发表在《 PNAS》杂志上。

DNA由两条链构成，由糖分子和磷酸基团组成。在这两条链之间是氮碱基，氮是构成生物基因的化合物，它们之间具有氢键。有时认为这些氢键对于将两条链保持在一起至关重要。

但是现在，查尔默斯工业大学的研究人员表明，DNA螺旋结构的秘密可能在于，在主要由水组成的环境中，分子内部具有疏水性。因此，环境是亲水的，而DNA分子的氮碱基是疏水的，从而将周围的水推开。当疏水单元处于亲水环境中时，它们会聚在一起，以最大程度地减少其与水的接触。

“我们相信细胞大部分时间会将其DNA保留在水溶液中，但是一旦细胞想要对其DNA进行处理（例如读取，复制或修复），就会将DNA暴露于疏水环境中。”—冯宝波

氢键的作用有时被认为对将DNA螺旋保持在一起至关重要，而氢键的作用似乎更多地与碱基对的排序有关，从而使它们以正确的顺序连接在一起。

这一发现对于理解DNA与环境之间的关系至关重要。

冯波（Bobo Feng），查尔默斯理工大学化学与化学工程系博士后。

该研究的一名研究人员之一Bobo Feng说：“细胞希望保护其DNA，而不是使其暴露于有时可能包含有害分子的疏水环境中。”“但是同时，细胞的DNA需要打开才能被使用。”

“我们相信细胞大部分时间会将其DNA保留在水溶液中，但是一旦细胞想要对其DNA进行处理（例如读取，复制或修复），就会将DNA暴露于疏水环境中。”

例如，繁殖涉及碱基对彼此溶解并开放。酶然后复制螺旋的两面以产生新的DNA。当修复受损的DNA时，受损的区域要经受疏水环境的影响，以进行更换。催化蛋白产生疏水环境。这种蛋白质对于所有DNA修复都是至关重要的，这意味着它可能是抵抗许多严重疾病的关键。

了解这些蛋白质可能会为我们提供许多新见解，例如如何抗药性细菌，甚至可能治愈癌症。细菌使用一种称为RecA的蛋白质来修复其DNA，研究人员认为，他们的研究结果可以为该过程的工作原理提供新的见解-可能提供阻止该过程从而杀死细菌的方法。

在人类细胞中，Rad51蛋白可修复DNA并修复突变的DNA序列，否则可能导致癌症。

“要了解癌症，我们需要了解DNA如何修复。要了解这一点，我们首先需要了解DNA本身。”“我们已经证明，DNA在疏水环境中的行为完全不同。这可以帮助我们了解DNA。”

研究人员用来证明DNA如何结合在一起的方法的更多信息：

研究人员研究了DNA在比正常疏水性更高的环境中的行为，这是他们首次尝试的方法。

他们使用了疏水性溶液聚乙二醇，并逐步将DNA的周围环境从天然亲水性环境变成了疏水性环境。他们的目的是发现当DNA没有理由结合时，DNA是否开始失去其结构，因为环境不再是亲水的。研究人员观察到，当溶液达到亲水性和疏水性的界限时，DNA分子的特征螺旋形式便开始散开。

经过仔细检查，他们发现当碱基对彼此分开时（由于外部影响，或者仅仅是由于随机运动而造成的），结构中会形成孔，使水渗入。因为DNA希望保持其内部干燥，它压在一起，碱基对再次聚集在一起以挤出水。在疏水环境中，这种水会丢失，因此孔会留在原处。

参考：“ Bobo Feng，Robert P. Sosa，Anna KFMårtensson，Kai Jiang，Alex Tong，Kevin D. Dorfman，Masayuki Takahashi，Per Lincoln，Carlos J. Bustamante所著的“疏水效应和环境效应诱导的DNA解叠的潜在生物学作用” ，弗雷德里克·韦斯特隆德（Fredrik Westerlund）和本格·诺登（BengtNordén），2019年8月27日，美国国家科学院院刊。
10.1073 / pnas.1909122116

笔记：本文和标题在2019年9月29日进行了更新，以阐明研究的影响。