端粒有時(shí)被看作是長壽的關(guān)鍵。它們保護(hù)基因不受損害，但每次細(xì)胞分裂時(shí)都會(huì)變短一些。如果它們變得太短，細(xì)胞就會(huì)死亡。在一項(xiàng)新的研究中，來自新加坡南洋理工大學(xué)和荷蘭萊頓大學(xué)的研究人員借助于物理學(xué)和微小的磁鐵，發(fā)現(xiàn)了端粒DNA的新結(jié)構(gòu)。這一新發(fā)現(xiàn)將有助于我們了解衰老和疾病。相關(guān)研究結(jié)果于2022年9月14日在線發(fā)表在Nature期刊上，論文標(biāo)題為“Columnar structure of human telomeric chromatin”。

提到DNA，物理學(xué)并不是第一個(gè)讓人想到的科學(xué)學(xué)科。但是來自萊頓大學(xué)萊頓物理研究所的John van Noort是發(fā)現(xiàn)這種新DNA結(jié)構(gòu)的科學(xué)家之一。作為一名生物物理學(xué)家，他將物理學(xué)的方法用于生物學(xué)實(shí)驗(yàn)。這也引起了南洋理工大學(xué)生物學(xué)家們的注意。他們請(qǐng)van Noort協(xié)助研究端粒的DNA結(jié)構(gòu)。

一串念珠

在我們身體的每個(gè)細(xì)胞中都有攜帶基因的染色體，這些基因決定了我們的特征（比如我們的長相）。在這些染色體的末端是端粒，它們保護(hù)染色體不受損害。它們有點(diǎn)像鞋帶末端的金屬飾物。

人類DNA有兩米長，所以它必須經(jīng)過折疊才能放入細(xì)胞中。這是通過將DNA纏繞在組蛋白上實(shí)現(xiàn)的；DNA和組蛋白一起被稱為核小體。這些核小體彼此之前由游離的連接DNA相連，猶如一串念珠。

這串念珠會(huì)折疊得更多。它如何做到這一點(diǎn)，取決于核小體之間的DNA的長度，也就是這串念珠的長度。折疊后出現(xiàn)的兩種結(jié)構(gòu)已經(jīng)為人所知。在其中的一種結(jié)構(gòu)中，兩個(gè)相鄰的念珠粘在一起，游離的DNA懸掛在中間。如果兩個(gè)相鄰的念珠之間的DNA片段較短，相鄰的念珠就不能粘在一起，它們就會(huì)形成兩個(gè)并排的堆棧。

圖片來自Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-05236-5。

在這項(xiàng)新的研究中，van Noort及其同事們發(fā)現(xiàn)了另一種端粒結(jié)構(gòu)。在這種新的端粒結(jié)構(gòu)，核小體之間的距離要近得多，所以在兩個(gè)相鄰的念珠之間不再有任何游離的DNA。這最終形成了一個(gè)大的DNA螺旋。

這種新的結(jié)構(gòu)是通過電子顯微鏡和分子力譜學(xué)的組合使用發(fā)現(xiàn)的。后一種技術(shù)來自van Noort的實(shí)驗(yàn)室。在這種技術(shù)中，DNA的一端被連接到一個(gè)玻璃載片上，另一端粘上一個(gè)小小的磁球。在這個(gè)磁球的上方有一組強(qiáng)磁鐵，然后將這串念珠拉開。通過測(cè)量將這些念珠一個(gè)個(gè)拉開所需的力量，就能發(fā)現(xiàn)更多關(guān)于這串念珠是如何折疊的。來自南洋理工大學(xué)的研究人員隨后使用電子顯微鏡來更好地了解這種新的結(jié)構(gòu)。

van Noort說，結(jié)構(gòu)是“分子生物學(xué)的圣杯”。如果我們知道DNA分子的結(jié)構(gòu)，這將使我們更深入地了解基因是如何開啟和關(guān)閉的，以及細(xì)胞中的酶如何處理端粒：比如，它們?nèi)绾涡迯?fù)和復(fù)制DNA。這種新的端粒結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)將提高我們對(duì)身體中的DNA的理解。這將最終幫助我們研究衰老和癌癥等疾病，并開發(fā)出對(duì)抗它們的藥物。（生物谷 Bioon.com）

參考資料：

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:///news/2022-09-longer-physicist-discovery-telomeres.html