值得注意的是，活細(xì)胞能夠?qū)㈤L(zhǎng)度超過(guò)兩米的混雜DNA包裝成整齊的微小染色體，同時(shí)為細(xì)胞分裂做準(zhǔn)備。然而，幾十年來(lái)科學(xué)家一直對(duì)這個(gè)過(guò)程的運(yùn)作方式感到困惑。來(lái)自代爾夫特大學(xué)Kavli研究所和EMBL Heidelberghave的研究人員現(xiàn)在分離并拍攝了這一過(guò)程，并實(shí)時(shí)見(jiàn)證了一種叫做縮合蛋白的蛋白質(zhì)復(fù)合物如何在DNA中擠出一個(gè)環(huán)。通過(guò)在長(zhǎng)鏈DNA中擠出許多這樣的環(huán)，細(xì)胞有效地壓縮其基因組，使其可以均勻地分布到其兩個(gè)子細(xì)胞中?？茖W(xué)家在科學(xué)上發(fā)表了他們的發(fā)現(xiàn)。

這一發(fā)現(xiàn)解決了該領(lǐng)域激烈的爭(zhēng)論，因?yàn)樗罱K回答了生物學(xué)中已經(jīng)討論了一個(gè)多世紀(jì)的問(wèn)題：在分成兩部分之前，細(xì)胞中的DNA與意大利面條相當(dāng) - 混合了混合的股線。細(xì)胞需要在染色體中組織這種混亂，以便能夠?qū)NA整齊地分布在兩個(gè)子細(xì)胞上。多年來(lái)，很明顯蛋白質(zhì)復(fù)合物凝聚素起著關(guān)鍵作用，但是到目前為止，生物學(xué)家們究竟是如何分歧的。一種理論認(rèn)為，凝結(jié)素就像一個(gè)鉤子，可以抓住并連接DNA混雜的DNA，從而將它們捆綁在一起。另一種理論認(rèn)為，環(huán)狀縮合物將DNA向內(nèi)拉，形成環(huán)狀。

在去年11月的“科學(xué)”雜志的一篇封面文章中，代爾夫特和合作實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家表明，縮合素具有這種環(huán)狀擠出所需的運(yùn)動(dòng)功能。這為這個(gè)難題增添了一個(gè)重要的新篇章，但正如牛津大學(xué)的Kim Nasmyth在隨后的觀點(diǎn)中指出的那樣，“凝聚素是DNA轉(zhuǎn)位酶的發(fā)現(xiàn)肯定與它作為環(huán)形擠出機(jī)起作用的觀點(diǎn)一致，但絕不是證明了這一點(diǎn)。挑戰(zhàn)將是觀察擠壓和易位，確定它是否是個(gè)體或多聚體復(fù)合物的特性，并闡明其分子機(jī)制。

這正是現(xiàn)在已經(jīng)完成的事情。來(lái)自代爾夫特大學(xué)Kavli研究所的Cees Dekker小組的科學(xué)家，以及來(lái)自EMBL Heidelberg的Christian Haering小組，他們建立了蛋白質(zhì)的純化和熒光標(biāo)記，捕獲了實(shí)際電影中的縮聚蛋白復(fù)合物 - 也就是它擠出了一圈DNA。

“我們只是通過(guò)拍攝來(lái)證明這一點(diǎn)，”代爾夫特的Cees Dekker集團(tuán)的博士后Mahipal Ganji說(shuō)道。“DNA是如此糾纏的雜亂無(wú)章，很難將細(xì)胞分離過(guò)程并在細(xì)胞中進(jìn)行研究。在我們的研究中，第一步是將DNA分子的兩端固定在表面上，并在DNA上涂上彩色染料。然后通過(guò)在垂直于分子的流體中施加流動(dòng)，我們將DNA定向?yàn)閁形并將其帶入我們顯微鏡的焦平面。令人驚訝的是，我們可以看到單個(gè)縮合物結(jié)合并擠出一個(gè)環(huán)。 “

Cees Dekker教授補(bǔ)充道，“這解決了爭(zhēng)論。這些數(shù)據(jù)提供了令人信服的證據(jù)，證明凝聚素在DNA中形成環(huán)狀。我們的新型成像方法還可以測(cè)量各種定量數(shù)據(jù)：環(huán)形擠出的對(duì)稱性，速度哪個(gè)環(huán)形成，當(dāng)你拉上DNA時(shí)會(huì)發(fā)生什么。“

發(fā)現(xiàn)循環(huán)速度非常高：每秒可以通過(guò)縮合酶將高達(dá)1500堿基對(duì)的DNA卷入。并且它只消耗適量的細(xì)胞燃料ATP，這表明凝結(jié)素不會(huì)通過(guò)堿基沿著DNA堿基步進(jìn)，而是大步拉動(dòng)它。當(dāng)略微拉動(dòng)DNA時(shí)，循環(huán)過(guò)程會(huì)減慢。顯然，由于緊張，凝結(jié)素似乎更難以創(chuàng)造一個(gè)循環(huán)。出乎意料的是，循環(huán)擠出是不對(duì)稱的：“我們看到凝結(jié)素?？吭贒NA上并固定在那里，然后開(kāi)始只從一側(cè)卷入DNA。”Dekker補(bǔ)充道，“又一個(gè)有趣的發(fā)現(xiàn)。”

該研究代表了對(duì)DNA基本理解的重要一步，但也與醫(yī)學(xué)相關(guān)?？s合素所屬的SMC蛋白家族的問(wèn)題與遺傳性疾病如Cornelia de Lange綜合癥有關(guān)。Condensin在細(xì)胞分裂過(guò)程中對(duì)染色體的組織也至關(guān)重要，并且該過(guò)程中的錯(cuò)誤可導(dǎo)致癌癥。更好地了解這些過(guò)程對(duì)于追蹤嚴(yán)重疾病的分子起源至關(guān)重要。