科学家发现，参与塑造我们DNA的蛋白质机器能够切换方向。之前人们认为，这些在DNA中形成环状结构的SMC马达只能单一方向运作。这一发现对于理解这些马达如何影响我们的基因组和控制基因表达至关重要。
来自代尔夫特、维也纳和洛桑的科学家团队揭示，负责形成我们DNA的蛋白质机器实际上能够交替其方向。迄今为止，研究人员认为，这些在DNA中形成环的SMC马达仅限于单一方向的移动。这一具有突破性的发现发表在Cell上，对于深入了解这些马达如何组织我们的基因组以及管理基因调控至关重要。
连接DNA
“有时，细胞需要迅速调整表达或抑制哪些基因，例如应对食物、酒精或温度变化等因素。为了开启和关闭基因，细胞使用结构维护染色体（SMC）马达，像开关一样连接不同段的DNA，”首席作者罗曼·巴斯（Roman Barth）解释道。“然而，SMC马达并不天然知道连接哪些段落。它们从DNA的某个地方开始附着，然后将其形成一个环，直到遇到一个阻止进一步移动的点。因此，它们依赖于在DNA两侧探测的能力，以找到适当的停止信号。”
变速箱
代尔夫特理工大学的研究人员现在发现，SMC马达能够改变方向，而之前认为这是不可能的。“我们的实验证明，SMC可以从一侧拉动DNA，然后切换到从另一侧拉动。这样，它们便可以逐渐通过从两侧拉动DNA形成环，”参与该研究的代尔夫特教授克斯·德克（Cees Dekker）说。“这种机制可以比作一辆车的变速箱：手动变速，你可以将车向前或向后移。我们甚至在聚合体SMC马达蛋白中识别到了一个‘变档杆’，蛋白质亚单位NIPBL。”
令人印象深刻的纳米技术
为了揭示SMC马达的反向能力，研究团队利用一种复杂的定制显微镜观察单个DNA链上的单个蛋白质。这一成就是显著的，巴斯指出：“单个细胞中充满了数百万个蛋白质，而人的身体由数万亿个细胞组成。隔离出少量蛋白质进行单独观察是一项非凡的纳米技术成就，能够在纳米级别进行成像——比人类头发的宽度小100,000倍。”
神经退行性疾病
巴斯指出：“了解SMC分子马达如何塑造DNA可能会引导我们探索癌症和神经退行性疾病等病症中出现的问题，以及我们可能如何纠正这些问题。神经退行性疾病可能源于早期妊娠期间基因调控不当。事实上，一些严重的疾病，如科尼利亚·德·兰格综合征，与SMC相关，这表明这些马达在胚胎细胞中可能无法正常发挥作用。”
科学在行动
这项研究澄清了科学界关于SMC功能之间存在的混淆和对立理论。最初的研究提出SMC严格单向移动，而其他研究则表明它们同时从两侧拉动DNA。这一新发现解决了这些不一致性。巴斯补充道：“在SMC马达中寻找共同特征使研究人员能够简化他们的研究。我们不再需要为每种类型的SMC蛋白寻找独特的机制。这一进展还将推动该领域走向实际应用。我希望这些知识能够转化为制药公司、医院，最终能进入医生的办公室。”
